DE3009710A1

DE3009710A1 - Verfahren zum mechanischen entwaessern von nachklaerschlamm

Info

Publication number: DE3009710A1
Application number: DE19803009710
Authority: DE
Inventors: Kasturirangan Srinivasan
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1979-03-15
Filing date: 1980-03-13
Publication date: 1980-09-18
Also published as: GB2049460A; JPS55127200A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Nachbehandlungsschritte umfassendes Verfahren zum Entwässern von Nachklärschlamm, der bei einem typischen Abwasserbehandlungsverfahren entsteht. Die Erfindung bezieht sich somit nicht auf die Entwässerung von organischen Abfällen, wie beispielsweise Vorklärschlamm oder Holzpulpenabfälle. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum mechanischen Entwässern von Nachklärschlamm, bei dem der Speisestrom in einen ersten zylindrischen mechanischen Entwässerungsbereich mit einer porösen zylindrischen Seitenwand geführt wird und darin durch eine rotierende . Schnecke . . unter Druck gesetzt wird. Die Erfindung befasst sich direkt mit einem Entwässerungsverfahren unter Verwendung einer Presse, bei dem die aus dem Speisestrom entfernte Flüssigkeit durch eine Druckfläche, die eine Schicht aus Fasermaterial umfasst, die aus dem Speisestrom gesammelt ist, abläuft. Die Erfindung befasst sich auch mit einem Verfahren, bei dem mehrere zylindrische mechanische Entwässerungsbereiche der Reihe nach verwandt werden, wobei das vorgereinigte Abwasser des ersten Bereiches dem zweiten Bereich zugeführt wird, an dem eine zusätzliche Entwässerung erfolgt.

Es ist seit langem erkannt worden, dass es vorteilhaft wäre, mechanisch das Wasser aus verschiedenen Abfällen und Abfallproduktschlämmen, beispielsweise aus Klärschlamm zu entfernen. Insbesondere bei Klärschlamm würde eine mechanische Entwässerung die zu beseitigende oder zu transportierende Materialmenge oder die während der verschiedenen Trocknungsschritte zu verdampfende Wassermenge, beispielsweise bei der Herstellung von festen Düngemitteln oder bei der Kompostbereitung verringern.Es sind verschiedene Arten von Entwässerungsvorrichtungen entwickelt worden, keine hat jedoch eine weite Verbreitung und Verwendung gefunden. Die Schwierigkeiten, die bei der mechanischen Entwässerung von Klärschlamm auftreten sowie ein Verfahren zum Verdichten des getrockneten Schlamms zu Düngemittel-

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pellets werden in der US-PS 2 977 214 beschrieben.

Eine Art einer mechanischen Entwässerungsvorrichtung besteht aus einem Endlosfilterriemen, der langsam durch die Feststoffsammei- und Entv/ässerungsbereiche gezogen wird. Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 2 097 529 bekannt und kann zum Entwässern von Klärschlamm verwandt werden. Aus der US-PS 4 008 158 und der US-PS 4 019 431 sind weitere Schlammentwässerungsvorrichtungen bekannt, die einen sich bewegenden Filterriemen verwenden. Aus der US-PS 3 984 329 ist gleichfalls eine Riemen- oder Förderbandentwässerungsvorrichtung für Klärschlamm bekannt. In dieser Druckschrift sind weiterhin die Vorteile dargestellt, die dadurch erhalten werden, dass die Feststoffschicht, die sich auf dem perforierten Förderriemen bildet, "aufgebrochen wird. Diese Vorteile bestehen u.a. darin, dass das Wasser den Riemen leichter erreichen kann und dass ein Verstopfen der Öffnungen im Riemen verhindert wird.

In den US-PSn 3 695 173, 3 938 434 und 4 041 854 sind Vorrichtungen zum Entwässern von Klärschlamm dargestellt, bei denen ein Schneckenförderer in einer zylindrischen und kegelstumpfförmigen Entwässerungskammer mit perforierten Wänden rotiert. Bei diesen bekannten Vorrichtungen streicht die Aussenkante des Schneckenförderers über die Innenfläche der perforierten Wand. Die bekannten Vorrichtungen weisen weiterhin spezielle Schraubenfederwischerblätter, Schlitzreinigungsblätter oder Bürsten auf, die an der Aussenkante der Schnecke derart angebracht sind, dass sie andauernd mit der Innenfläche der perforierten Wand in Berührung stehen, wodurch diese von den Feststoffen gereinigt wird. Die US-PS 3 938 434 und die US-PS 4 041 854 zeigen darüberhinaus ein Ausführungsbeispiel, bei dem der zylindrische Endabschnitt des Schneckenförderblattes nicht eng der Innenfläche der perforierten Wand folgt, sondern statt dessen einen Durchmesser hat, der etwa gleich der Hälfte des Durchmessers der Ausgabeöffnung für die entwässerten Feststoffe ist.

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Das erfindungsgemässe Verfahren unterscheidet sich davon in verschiedener Hinsicht einschliesslich in dem genau begrenzten Ringraum,der vorzugsweise zwischen der Aussenkante des Schneckenförderblattes und der Innenfläche der perforierten Aussenwand vorgesehen ist. Dieser Zwischenraum beginnt vorzugsweise am ersten Ende des Schneckenförderers, an dem der Speisestrom zum ersten Mal mit dem Förderer in Berührung kommt, und setzt sich über die gesamte Länge der porösen Wand bis zum Auslass der Vorrichtung fort. Ein weiterer Unterschied des erfindungsgemässen Verfahrens besteht in einem kleineren Zwischenraum zwischen den parallelen Wicklungen der perforierten Aussenwand.

Aus der US-PS 1 772 262, der US-PS 3 997 441 und der US-PS 1 151 186 ist weiterhin die Verwendung eines Drehförderers oder eines Schneckenförderers in einer perforierten äusseren Trommel bekannt. Diese Druckschriften zeigen weiterhin die Verwendung einer Anschwemmschicht, die sich in einem Zwischenraum zwischen dem Förderer und der Innenfläche der Trommel als Filtrationshilfe befindet. In der US-PS 1 772 262 ist dargestellt, dass die Anschwemmschicht oder das Filtermedium von den Feststoffen gebildet sein kann, die in der zu filternden Flüssigkeit enthalten sind. Die genannten Druckschriften und insbesondere die US-PS 1 772 262 beziehen sich auf die Filtration von Materialien, wie Zuckersäften, Ton- und Kreidesuspensionen und ähnlichen Materialien und nicht auf die Filtration von organischen Faserabfällen, die durch das erfindungsgemässe Verfahren behandelt werden sollen. Die genannten Druckschriften geben auch keinen Hinweis auf die speziellen mechanischen Anordnungen und die beim erfindungsgemässen Verfahren verwandten Temperaturbereiche, um erfolgreich den bestimmten Speisestrom des erfindungsgemässen Verfahrens zu entwässern.

Das erfindungsgemässe Verfahren unterscheidet sich von den bekannten Verfahren darüberhinaus durch seine Beschränkung

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auf einen Speisestrom aus Nachklärschlamm, der sich vollständig in Hinblick auf seine Konsistenz und seine Beschaffenheit von Vorklärschlamm unterscheidet. Der Nachklärschlamm neigt beispielsweise dazu, sich wie ein Fluid unter Druck zu verhalten, während im Gegensatz dazu der Vorklärschlamm leicht Wasser unter Druck abgibt. Der Nachklärschlamm ist gewöhnlich in seiner Konsistenz wesentlich dünner und schlammartiger als der Vorklärschlamm.

Ein Grundmerkmal, das das erfindungsgemässe Verfahren vom Stande der Technik abhebt, besteht darin, den Speisestrom im Entwässerungsbereich zu erwärmen. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird der Schlamm auf etwa 60⁰C, vorzugsweise auf 65⁰C, oder eine noch höhere Temperatur erwärmt. Keine der oben genannten Druckschriften zeigt die Verwendung derartiger erhöhter Temperaturen bei der mechanischen Entwässerung, so dass auch in keiner der genannten Druckschriften die Erkenntnis zu finden ist, dass durch das erfindungsgemässe Verfahren wesentliche Vorteile erzielt werden können.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum mechanischen Entwässern von Nachklärschlamm geliefert, bei der erfindungsgemäss der Schlamm auf eine Temperatur von über 60⁰C erwärmt wird. Ein bevorzugtes Durchführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens lässt sich als ein Entwässerungsverfahren kennzeichnen, bei dem ein Speisestrom aus Nachklärschlamm in einen mechanischen Entwässerungsbereich geleitet wird, der eine zylindrische poröse Wand aufweist, die wenigstens einen Teil einer Schnecke umgibt, die konzentrisch zur Längsachse der zylindrischen porösen Wand verläuft, wobei die Aussenkante der Schnecke vom innersten Teil der zylindrischen porösen Wand radial im Abstand von wenigstens 0,10 cm getrennt ist, dass der Klärschlamm in der zylindrischen porösen Wand auf eine Temperatur über etwa 60⁰C erwärmt wird, dass der Klärschlamm in der zylindrischen porösen Wand auf einen über dem Atmosphärendruck liegenden Druck dadurch gesetzt wird, dass die Schnecke ge-

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dreht wird, wobei das ursprünglich im Speisestrom vorhandene Wasser nach aussen durch die zylindrische poröse Wand abgegeben wird,und dass ein Feststoffstrom von einem zweiten Ende der zylindrischen porösen Wand und vom Entwässerungsbereich abgezogen wird, wobei der Feststoffstrom einen höheren Feststoffgehalt als der Speisestrom hat.

Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung besteht in einem Verfahren zum mechanischen Entwässern von Nachklärschlamm. Der nicht entwässerte Schlamm wird in das erste Ende eines zylindrischen Entwässerungsbereiches mit einer porösen Aussenwand eingeführt. Der Schlamm wird vorzugsweise auf etwa 65⁰C im Entwässerungsbereich erwärmt. Eine in der porösen Wand rotierende Schnecke setzt den Schlamm unter Druck und bewegt den Schlamm zum Auslass am zweiten Ende der Entwässerungsbereiches. Eine zylindrische im wesentlichen nicht bewegte Materialschicht aus dem Schlamm wird im Ringraum zwischen der Aussenkante der Schnecke und der Innenfläche der porösen Wand gehalten.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht längs einer vertikalen Ebene einer Vorrichtung zur Verwendung bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens.

Fig. 2 zeigt eine vergrösserte Querschnittsansicht eines kleinen Teils der Förderschnecke und der porösen Wand in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt das schematische Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verfahrens.

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Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, tritt der zu entwässernde Speisestrom aus Nachklärschlamm durch einen Einlasstrichter 1 ein und wird dieser Speisestrom nach unten in das erste Ende eines Entwässerungsbereiches geleitet, wo er mit einem Schneckenförderer mit einer Förderschnecke 4 in Kontakt kommt. Die Welle 2 des Schneckenförderers verläuft aus der zylindrischen Kammer, die den Entwässerungsbereich umgibt, durch eine Dichtung und ein Lager 5 hinaus und steht mit einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung in Verbindung, die den Schneckenförderer dreht.Die Drehung des Schneckenförderers setzt den Schlamm dadurch unter Druck, dass er auf das zweite Ende des Entwässerungsbereiches und gegen die zylindrische poröse Wand 3 gedrückt wird, die den Schneckenförderer umgibt. Das äussere Ende des Förderers ist in einem Lager 7 in der Mitte eines Drehkreuzes oder Querelementes 6 gehalten. Das Drehkreuz wird seinerseits an seiner Stelle über eine mit einem Gewinde versehene Kappe 8 mit einer öffnung 12 am zweiten Ende des Entwässerungsbereiches gehalten. Das äussere Ende der Arme des Drehkreuzes ist zwischen einer vorstehenden Nase 13 an der Innenfläche der Kammer und der Kappe gehalten.

Der Schlamm, der sich innerhalb der porösen Wand befindet, wird auf eine Temperatur von über etwa 60⁰C durch den Dampf erwärmt, der durch den Einlass 14 zu einem Dampfmantel 9 geleitet wird. Der Dampfmantel überdeckt nur den oberen Teil der porösen Wand und steht mit der porösen Wand in Berührung. Fasermaterial vom eintretenden Speisestrom sammelt sich in einem Ringraum zwischen der Aussenkante des Schneckenförderers und der Innenfläche der porösen Wand. Das Wasser wird radial durch die in dieser Weise aufgebaute Materialschicht und durch die poröse Wand herausgedrückt. Das Wasser wird zu einem Auffangbehälter 10 geführt, der die unteren Teile der porösen Wand umgibt, und anschliessend über die Leitung 11 abgezogen. Der kondensierte Dampf verlässt den Boden des Dampfmantels über eine nicht dargestellt Leitung.

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Ein bevorzugtes Beispiel für den Aufbau der zylindrischen porösen Wand 3 ist im einzelnen in Fig. 2 dargestellt. Die Wand ist von parallelen spiralförmigen Wicklungen eines spitz zulaufenden Drahtes 17 gebildet, die an mehrere Verbindungsstangeti 15 an der kleineren Aussenkante jeder Wicklung geschweisst sind. Die Verbindungsstangen sind zur mittleren Achse des von der Wand gebildeten Zylinders ausgerichtet und liegen an der Aussenflache der porösen Wand. Die breitere Kante jeder Wicklung ist nach innen der Schnecke 4 des Schneckenförderers zugewandt, wobei alle Wicklungen durch einen gleichen Zwischenraum 16 voneinander getrennt sind, durch den das Wasser gehen kann. Die Innenfläche der porösen Wand ist von der Aussenkante der Schnecke vorzugsweise um eine konstante Strecke d getrennt.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Speisestrom aus Nachklärschlamm in einen Erwärmungsbereich über eine Leitung 18 eingeführt. Der Speisestrom wird darin auf eine Temperatur von etwa 60⁰C bis 100⁰C erwärmt. Der erwärmte Klärschlamm wird anschliessend durch die Leitung zu einem mechanischen Entwässerungsbereich 21 geführt. Das Wasser wird vom erwärmten Schlamm entfernt und über die Leitung 22 abgezogen und ein erster Feststoffstrom mit einem höheren Feststoffgehalt als der Speisestrom wird über die Leitung abgezogen. Der erste Feststoffstrom wird einem zweiten mechanischen Entwässerungsberexch 24 zugeführt, wo weiteres Wasser dem Schlamm entzogen wird. Der sich daraus ergebende zweite Feststoffstrom wird über die Leitung 26 einem je nach Wunsch ausgebildeten Produkt-Endfertigungsbereich 27 zugeführt und anschliessend über die Leitung 28 aus dem Behandlungsprozess genommen. Das vom Schlamm im zweiten Entwässerungsbereich entfernte Wasser wird über die Leitung 25 abgeführt und dem Wasser vom ersten Entwässerungsbereich zugemischt. Das gesamte im Verfahren erzeugte Wasser wird dann über die Leitung 29 geeigneten Behandlungseinrichtungen zugeführt. Die Entwässerungsbereiche 21 und 24 können mit dem in Fig. 1 dargestellten Be-

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reich identisch sein, wobei Dampfmantel dazu dienen, die Temperatur des Schlammes aufrechtzuerhalten, statt seine Temperatur zu erhöhen. Die Dampfmantel können in den Entwässerungsbereichen auch fehlen, wenn der Schlamm ausreichend warm in den Entwässerungsbereichen bleibt.

Im Obigen wurde anhand der Zeichnung das Grundprinzip des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt, das in der Praxis mit Vorrichtungen durchführbar ist, die sich von den dargestellten Vorrichtungen unterscheiden.

Im folgenden wird die Erfindung weiter im einzelnen beschrieben.

Es werden grosse Mengen an Nachklärschlamm täglich in den städtischen Kläranlagen erzeugt. Die Erzeugung von Nachklärschlamm wird wahrscheinlich mit der Verbesserung der Kläranlagen zunehmen, die notwendig ist, um den strengeren ümweltverschmutzungsbestimmungen zu genügen. NachKlärschlamm hat einen geringeren Feststoffcharakter als der Ausgangsvorklärschlamm und einen niedrigeren Fasergehalt. Nachklärschlamm kann ziemlich schleimig und flüssig sein. Der Speisestrom, auf den

das erfindungsgemässe Verfahren angewandt wird, enthält Nachklärschlamm. Das kann ausgefaulter Schlamm sein, vorzugsweise jedoch nicht .ausgefaulter Schlamm. Der Speisestrom kann auch eine geringe bis mittlere Menge eines Vorklärschlammes enthalten, die Vorklärschlammenge beträgt jedoch weniger als 50 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 20 Gew.-%. Vorzugsweise enthält der Schlamm, der mit dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt wird, etwa 15 bis 25 Gew.-% oder mehr Feststoffe und 5 Gew.-% Fasermaterialien auf trockner Basis. D.h., dass der Speisestrom vorzugsweise etwa 15 bis 25 Gew.-% Feststoffe enthält, bevor er durch das erfindungsgemässe Verfahren entwässert wird, und mehr als 5 Gew.-% Fasermaterialien oder faserartige Materialien auf trockner Basis enthalten sollte. Der Speisestrom kann jedoch nur 0,4 Gew.-% Feststoffe oder bis zu 60 Gew.-% Feststoffe enthalten. Ein typischer

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nicht entwässerter Klärschlamm wird wenigstens 50 Gew.-% Wasser und eine gewisse Menge anorganischer Asche enthalten. Andere Bestandteile des Klärschlammes sind verschiedene lösliche Salze und Minerale, wasserlösliche Kohlenwasserstoffverbindungen, Kohlenwasserstoffe und Cellulosefasern aus Papierprodukten und unverdaulichen Pflanzenprodukten. Eine obere Grenze bezüglich des annehmbaren Fasergehaltes besteht nicht.

Es ist oftmals wünschenwert, einen Teil oder sogar den grössten Teil des Wassers im Klärschlamm zu entfernen, bevor dieser vernichtet oder beseitigt wird. Durch das Trocknen des Klärschlammes wird beispielsweise ein Feststoffmaterial erzeugt, das zu sehr gutem Düngemittel und Kompostbildner verarbeitet werden kann. Die trockene Form des Schlammes ist bevorzugt, da er dann bei gleichem Feststoffgehalt leichter, geruchsarmer, leichter in Säcken zu verpacken und leichter unter Verwendung üblicher Arten von Trockendüngemittel-Sprühvorrichtungen anwendbar ist. Es kann auch wünschenswert sein, den Klärschlamm zu entwässern, um ihn in einen Dauerbrennstoff umzuwandeln, das Ablaufen von Wasser zu begrenzen, Schwierigkeiten mit der Beseitigung zu vermindern, d*as Gewicht des zu transportierenden Schlammes herabzusetzen, das Wasser zur Wiederverwendung rückzugewinnen oder den Schlamm für eine weitere Verarbeitung vorzubereiten. Das erfindungsgemässe Verfahren ist daher bei vielen verschiedenen Anwendungszwecken nützlich.

Das Wasser kann gewöhnlich durch die Anwendung von Wärme aus dem Klärschlamm getrieben werden. Dieses Verfahren macht jedoch gewöhnlich einen Verbrauch von immer teuerer werdenden Brennstoffen notwendig, und führt zu den diesem Verfahren eigenen Problemen einschliesslich der Probleme der Ableitung der Abgase und des Wasserdampfes. Es ist daher wünschenswert, den Klärschlamm soweit wie möglich und durchführbar mechanisch zu entwässern und die Wärmetrocknung nur als Endtrocknung oder Sterilisierungsverfahrensschritt zu verwenden.

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Trotz des Anreizes, den die Vorteile der mechanischen Entwässerung bietet, sind die verschiedenen Filtrationsvorrichtungen mit Endlosriemen ersichtlich nicht soweit nicht soweit entwickelt worden, dass sie entwässerten Klärschlamm mit einem Feststoffgehalt von mehr als etww 25 bis 30 Gew.-% liefern. Diese Beschränkung gilt auch für die in der US-PS 3 695 173 beschriebene Extrusionspressvorrichtung, da diese, wie angegeben, Schlammfiltrate mit 66 und 71 % Feuchtigkeitsgehalt erzeugt. Es gibt daher kein Verfahren zum mechanischen Entwässern von Klärschlamm, das einen vorgeklärten Abwasserstrom erzeugt, dessen Feststoffgehalt 40 Gew.-% erreicht oder überschreitet.

Ziel der Erfindung ist daher ein Verfahren zum mechanischen Entwässern von Nachklärschlamm. Durch die Erfindung soll weiterhin ein Verfahren geliefert werden, mit dem Nachklärschlamm mechanisch auf einen Feststoffgehalt von mehr als 60 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 75 Gew.-% entwässert werden kann. Durch das erfindungs-

v gemässe Verfahren soll weiterhin nicht entwässerter Nachklärschlamm in brauchbaren Brennstoff umgewandelt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, dass ein Entwässerungsbereich verwandt wird, der eine poröse zylindrische Kammer aufweist, deren erstes Ende ausser einer Einlassleitung für organische Abfälle und einer öffnung für eine rotierende Antriebswelle dicht verschlossen ist. Das zweite Ende des Entwasserungsbereiches weist eine öffnung zum Abführen der entwässerten organischen Abfälle auf. Die Endabschnitte der Kammer neben dem mittleren porösen Teil der Kammer sind vorzugsweise nicht perforiert, um der Kammer eine grössere bauliche Festigkeit zu geben. Das Verhältnis-zwischen der Länge und dem Innendurchmesser der Kammer sollte über 2:1 und vorzugsweise zwischen etwa 4:1 und etwa 20:1 liegen. Der Innendurchmesser dieser Kammer ist vorzugsweise über die gesamte Länge der Kammer gleich gross. Die zylindrische Kammer des Entwasserungsbereiches entspricht dem Zylinder eines

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Extruders. Der grössere Teil des Abstandes zwischen den Enden der Kammer ist für die poröse Aussenwand bestimmt, durch die das Wasser gedrückt wird. Diese poröse Wand ist zylindrisch und hat vorzugsweise denselben Innendurchmesser wie der verbleibende Teil der Kammer mit der Ausnahme, dass am zweiten Ende der Kammer eine vorstehende Nase vorgesehen sein kann, um die an dem Ende der Kammer angeordneten Einrichtungen leichter in Stellung zu bringen.

Die poröse Wand ist vorzugsweise aus einem durchgehenden Stück eines keilförmigen Stabes gebildet, der mit mehreren längsverlaufenden Verbindungselementen verschweisst ist, die über die gesamte Länge der porösen Wand verlaufen, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Dieser Aufbau liefert eine fortlaufende spiralförmige öffnung mit einer selbstreinigenden Form. D.h., dass die kleinste öffnung zwischen zwei benachbarten parallelen Windungen an der Innenfläche der porösen Wand liegt, so dass sich ein immer breiter werdender Zwischenraum ergibt, der es erlaubt, dass die durch die öffnung gehenden Teilchen nach aussen weiterwandern. Diese Bewegung der Teilchen nach aussen wird durch das radial fliessende Wasser unterstützt. Erforderlichenfalls können die Verbindungselemente, die in Längsrichtung der porösen Wand verlaufen, an der Innenfläche der Windungen angebracht und an der Innenfläche der porösen Wand angeordnet sein. Keilförmige gewickelte Gitter der gewünschten Form sind auf dem Markt erhältlich und werden sowohl als Siebe als auch dazu verwandt, teilchenförmiges Material in Kohlenwasserstoff-Umwandlungsreaktoren zusammenzuhalten. Es können auch andere Arten von. porösen Wandkonstruktionen verwandt werden, die die angegebenen Bedingungen erfüllen.

Der Abstand zwischen benachbarten Windungen oder des äquivalenten Aufbaues anderer Gittermaterialien, der bei der porösen Wand verwandt wird, sollte im Bereich von etwa 0,0075 bis etwa 0,013 cm liegen. Dieser Abstand ist kleiner als der

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Abstand von 0,015 cm gemäss US-PS 3 695 173 und auch kleiner als der Abstand von 0,020 cm, der in der US-PS 3 938 434 angegeben ist. Das erfindungsgemässe Verfahren wird daher mittels einer Vorrichtung durchgeführt, die eine beträchtlich kleinere Öffnung als die bekannten Vorrichtungen hat.

Ein Schneckenförderer mit einer Schnecke ist zentral in der zylindrischen Kammer angeordnet. Die zentrale Hauptachse dieses Förderers liegt vorzugsweise auf der Hauptachse der zylindrischen Kammer und der porösen zylindrischen Wand. Die Kammer und die poröse Wand verlaufen daher konzentrisch um den Schneckenförderer. Für eine geeignete Durchführung des Verfahrens ist es wichtig, dass die Aussenkante der Schnecke des Schneckenförderers im Abstand von der Innenfläche der porösen Wand liegt, der grosser als etwa 0,08 cm,jedoch kleiner als etwa 5,0 cm ist.Vorzugsweise liegt die Aussenkante des Schneckenförderers wenigstens 0,2 cm, jedoch weniger als 2,0 cm von der Innenfläche der porösen Wand entfernt. Es ist besonders bevorzugt, dass ein kleinster Abstand von 0,44 cm zwischen der Aussenkante des Schneckenförderers und der porösen Wand vorgesehen ist. Dieser Abstand sollte im wesentlichen über die Strecke gleich sein, über die die beiden Elemente nebeneinander liegen.

Der Zweck dieser Trennung zwischen dem Schneckenförderer und der Wand besteht darin, eine relativ unbewegte Schicht aus entwässertem Faserschlamm vorzusehen, die ein Filtermedium auf der Innenfläche der porösen Wand bildet. Dieses Filtermedium hat eine Ringform, die der Form der Innenfläche der porösen Wand und des Zylinders entspricht, über die die Aussenkante des Schneckenförderers wischt. Unter einer unbewegten Schicht ist zu verstehen, dass dieses Filterbett nicht mit irgendeinem mechanischen Element gemischt oder durchteilt ist, das sich von der Schnecke auf das poröse Wand zuerstreckt. Diese Anordnung steht im Gegensatz zu der bekannten Extrusionspressvorrichtung, bei der der Schneckenförderer über die Oberfläche

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der porösen Wand kratzt und Wischblätter oder Bürsten an der Schnecke angebracht sind, um die öffnungen in der porösen Wand zu reinigen.

Obwohl die ringförmige Schicht des Filtermediums, die die Innenfläche des Entwässerungsbereiches überdeckt, nicht mechanisch bewegt wird, wird sie nicht unbewegt und ungestört sein, da sie der Spannung und der Schleifwirkung ausgesetzt ist, die eine Folge der Rotation des Schneckenförderers ist. Die zugehörigen Scherspannungen werden radial durch das Filterbett zur porösen Wand nach aussen verlaufen, so dass ein Drehmoment auf der gesamte Bett ausgeübt wird und eine gewisse Beimischung des Filtermediums bewirkt wird. Dieses Drehmoment kann tatsächlich dazu führen, dass sich die ringförmige Schicht des Filtermediums mit dem Schneckenförderer dreht. Die Drehgeschwindigkeit und die lineare Geschwindigkeit des Filterbettes in Richtung auf das zweite Ende der zylindrischen Kammer werden vorzugsweise immer kleiner als die entsprechenden Geschwindigkeiten der festen organischen Abfallstoffe sein, die sich in den Vertiefungen des Schneckenförderers befinden. Theoretisch kann das Filtermedium selbstreinigend sein, da eine fortlaufende Bewegung entlang seiner beiden Aussenflachen auftritt.

Der oben beschriebene bevorzugte Aufbau des Entwässerungsbereiches steht in mehrer Hinsicht im Gegensatz zum Stand der Technik. Der Stand der Technik zeigt beispielsweise das Problem der Verstopfung der porösen Wand oder des Filterriemens und gibt die Anweisung, die aufgebauten Feststoffschichten zu bewegen oder von der porösen Wand abzukratzen. Die bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens weist eine poröse Wand mit noch kleineren öffnungen auf, die noch leichter verstopfen sollten. Weiterhin ist eine nicht bewegte Schicht aus aufgebauten Fasern vorgesehen, die die gesamte poröse Wand überzieht.

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Der Schneckenförderer wird gedreht, um den Schlamm zum Auslass des Entwässerungsbereiches zu bewegen, wobei das Material im Entwässerungsbereich unter Druck gesetzt wird und dadurch erreicht wird, dass das Wasser radial durch die Schicht des Filtermediums und die poröse Wand fliesst. Der Schneckenförderer kann mit einer Drehzahl von etwa 10 bis etwa 150 Umdrehungen pro Minute oder erforderlichenfalls noch schneller gedreht werden. Vorzugsweise arbeiten der Entwässerungsbereich jedoch mit einem Schneckenförderer, der sich mit einer Drehzahl von 20 bis 60 Umdrehungen pro Minute dreht. Es ist nur ein massiger Atmosphärenüberdruck im Entwässerungsbereich erforderlich. Ein Druck von weniger als 35 Atmosphären ist ausreichend, wobei der Druck vorzugsweise unter 7,8 Atmosphären liegt.

Das Verhältnis der Länge zum Durchmesser des Schneckenförderers sollte über 2:1 und vorzugsweise im Bereich von 4:1 bis etwa 20:1 liegen. Ein in einem Stück ausgebildeter Schneckenförderer ist bevorzugt. Die Ausbildung des Schneckenförderers kann in vielfacher Weise geändert werden. Die Ganghöhe oder der Helix-Winkel der Schnecke muss sich nicht über die Länge des Schneckenförderers ändern. Eine konstante Ganghöhe ist jedoch für die erfolgreiche Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nicht ausschlaggebend, vielmehr kann sich erforderlichenfalls die Ganghöhe ändern. Eine weitere übliche Variable ist das Kompressionsverhältnis des Schneckenförderers. Das Kompressionsverhältnis ist auf die Änderung im eingeschlossenen Schneckengangvolumen über die Länge des Schneckenförderers bezogen. Ein dabei verwandtes Kompressionsverhältnis von 10:1 soll angeben, dass das Schneckengangvolumen am Endabschnitt des Schneckenförderers 1/10 des Schneckengangvolumens am Anfangsabschnitt oder am Aufnahmeabschnitt des Schneckenförderers beträgt. Das Kompressionsverhältnis des Schneckenförderers liegt vorzugsweise unter 15:1 und insbesondere im Bereich von 1:1 bis 5:1. Geeignete Schneckenförderer, Antriebsbauelemente und Untersetzungsgetriebe sind ohne weiteres von Herstellern erhältlich, die diese Bauteile für die Verwendung beim KunststoffSpritzguss usw. liefern.

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Die durch das erfindungsgemässe Verfahren erzielte Verbesserung der Entwässerung ist ein direktes Ergebnis davon, dass der Nachklärschlamm auf einer erhöhten Temperatur im Entwässerungsbereich oder in den Entwässerungsbereichen liegt. Die mittlere Temperatur des Schlammes im Entwässerungsbereich sollte wenigstens 60⁰C betragen und vorzugsweise über 65°C liegen. Es ist nicht notwendig, den Schlamm auf eine mittlere Temperatur von über etwa 100⁰C erwärmen. Wenn es nicht in anderer Weise angegeben ist, beziehen sich die genannten Schlammtemperaturen auf die mittlere Temperatur des Schlammes, gemessen am Auslass des Entwässerungsbereiches. Der Schlamm wird vorzugsweise in einer geschlossenen Konstruktion mit nur einem minimalen Dampfstrom erwärmt, um Wärmeverluste aufgrund der Verdampfung zu verringern und Dampfabgaben so klein wie möglich zu halten. D.h., dass der Schlamm beim erfindungsgemässen Verfahren nur deshalb erwärmt wird, damit er be-sser mechanisch entwässert werden kann. Der Schlamm wird nicht erwärmt, um eine Verdampfung des Wassers zu fördern. Die erforderliche Wärmemenge zum Erwärmen des Schlammes auf die gewünschte Temperatur wird gewöhnlich in der Grössenordnung von etwa 55 kcal/kg und somit beträchtlich unter der Wärmemenge liegen, die erforderlich ist, um den Schlamm thermisch zu trocknen.

Der Schlamm kann auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden, bevor er in den Entwässerungsbereich kommt. Vorzugsweise wird der Schlamm erwärmt, während er sich im Entwässerungsbereich befindet. Die auf den Schlamm übertragene Wärmemenge, während sich dieser im Entwässerungsbereich befindet, kann die Gesamtwärmemenge sein, die bei dem Verfahren erforderlich ist. Es ist auch möglich, den Schlamm sowohl vor dem Entwässerungsbereich als auch im Entwässerbereich zu erwärmen, wobei die dem Schlamm im Entwässerungsbereich gegebene Wärmemenge so reguliert wird, dass die Wärmeverluste durch die Konvektion, die Verdampfung und die Wärmestrahlung kompensiert werden.

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Der Schlamm kann mittels geeigneter Heizeinrichtungen wie beispielsweise Dampfheiζeinrichtungen, Heissölheizeinrichtungen· oder andere Wärmeübertragungsfluid-Heizeinrichtungen sowie Mikrowellen- oder Elektrowiderstands-Heizeinrichtungen erwärmt werden. Vorzugsweise wird der Schlamm indirekt über eine Wärmeaustausch erwärmt, bei dem die Wärme über eine Festkörperoberfläche übertragen wird. Der Schlamm kann in einem Erwärmungsbereich erwärmt werden, der einen Riemenförderer, einen Schneckenförderer oder einen Drehofen umfasst. Vorzugsweise wird der Schlamm wenigstens etwas bewegt, um die Vermischung und die Wärmeübertragung zu fördern. Der Erwärmungsbereich ist vorzugsweise so aufgebaut, dass er einen von aussen beheizten Schneckenförderer aufweist, der den"Schlamm zum Einlass des Entwässerungsbereiches transportiert.

Die Wärme wird vorzugsweise auf den Schlamm im Entwässerungsbereich mittels einer Heizeinrichtung übertragen, die in ähnlicher Weise wie der in der Zeichnung dargestellte Dampfmantel angeordnet ist. Dieser vollständig geschlossene Mantel steht in direktem Kontakt mit dem Metall an der oberen Aussenflache der Aussenseite der porösen Wand. Die Wärmeübertragung über die Windungen zu anderen Teilen der porösen Wand und die Bewegung des Schlammes im Entwässerungsbereich führen dazu, dass der Schlamm eine nahezu gleichmässige Temperatur hat. Der untere Teil und vorzugsweise auch die Seiten der porösen Wand stehen nicht mit der Heizeinrichtung in Kontakt, damit das herausgedrückte Wasser leicht entweichen kann. Die poröse Wand kann auch über Heizelemente erwärmt werden, die um die gesamte zylindrische poröse Wand gewickelt sind. Diese Heizelemente können entweder Dampfleitungen oder elektrische Heizleitungen sein. Der Schneckenförderer, der sich innerhalb der porösen Wand befindet, kann auch erwärmt werden, um die Wärme auf den Schlamm zu übertragen.

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Beispiel

In einer Reihe von Vergleichsversuchen wurde ein mechanischer Entwässerungsbereich mit einer porösen Wand mit einer lichten Weite von 2,5 cm verwandt, die die bevorzugte Windungsform hatte. Die Kante des mittleren Schneckenförderers lag im Abstand von annähernd 0,32 cm von der relativ glatten Innenfläche der porösen Wand. Die poröse Wand war annähernd 46 cm lang und der Schneckenförderer wurde mit etwa 20 Umdrehungen pro Minute gedreht. Das Auslassende der porösen Wand war in keiner Weise verschlossen.

Bei einem ersten Versuch wurde unbehandelter Vorklärschlamm mit einem Nennfeststoffgehalt von etwa 20 Gew.-% in den Entwässerungsbereich geladen. Das Wasser wurde schnell durch die poröse Wand herausgetrieben und vom Auslass der porösen Wand wurde ein Produkt ausgegeben, das über 40 Gew.-% Feststoffe enthielt.

Bei einem zweiten Versuch wurde städtischer Nachklärschlamm in die Vorrichtung eingegeben, wobei diese Mn der gleichen Weise betrieben wurde, wie es beim ersten Versuch der Fall war. Dieser Schlamm hatte gleichfalls einen Nennfeststoffgehalt von etwa 20 Gew.-%. Während dieses Versuches ging nur sehr wenig Wasser durch die poröse Wand. Der vom Auslass der porösen Wand ausgegebene Produktstrom hatte einen Nennfeststoff gehalt, der sehr nahe an dem des Speisestroms lag und 22 Gew.-% nicht überschritt. Der Produktstrom enthielt im typischen Fall zwischen 20 und 21 Gew.-% Feststoffe.

Bei einem dritten Versuch wurde eine wasserfeste elektrische Heizung an der oberen Aussenflache der porösen Wand angebracht. Derselbe Nachklärschlamm wie beim zweiten Versuch wurde dem Entwässerungsbereich in'derselben Weise wie beim zweiten Versuch eingegeben. Die Heizung wurde mit ausreichendem elektrischen Strom versorgt, um ihre Aussenflächen-

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temperatur zwischen 149 und 177⁰C zu halten. Als Folge dieser Erwärmung hatte ^_er a_as Auslassende der porösen Wand verlassende Schlamm eine Temperatur zwischen 60 und 65°C. Beträchtliche Wassermengen gingen durch die poröse Wand. Der vom Auslassende der porösen Wand ausgegebene erzeugte Schlamm hatte einen Feststoffgehalt, der 50 Gew.-% erreichte.

Es zeigt sich somit, dass die Anwendung von Wärme die Fähigkeit des Entwässerungsbereiches stark erhöht, den Nachklärschlamm mechanisch zu entwässern. Der exakte Mechanismus, der für dieses überraschende Ergebnis verantwortlich ist, ist nicht bekannt. Möglicherweise wird diese Verbesserung durch den Kontakt des Schlammes mit einer Oberfläche bewirkt, die auf einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, die Zellenstrukturen zu zerbrechen oder aufzubrechen, die das anschliessend freigegebene Wasser einschliessen. Das könnte die Folge der schnellen Verdampfung kleiner Wassermengen sein, die in der Zellenstruktur enthalten sind, wodurch diese aufgebrochen wird. Der Dampf würde dann schnell kondensieren, da die Gesamttemperatur des Schlammes relativ niedrig ist. Ein zweiter möglicher Grund für die durch die Erwärmung des Schlammes erzielte Verbesserung besteht darin, dass Hydrierungswasser von vielen Ionen und Molekülen im Schlamm freigegeben wird.

Ein bevorzugtes Durchführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens lässt sich als ein Verfahren zum mechanischen Entwässern von Nachklärschlamm bezeichnen, bei dem ein Speisestrom aus Nachklärschlamm in einen mechanischen Entwässerungsbereich und in ein erstes Ende einer zylindrischen porösen Wand eingeführt wird, die wenigstens einen Teil einer Schnecke umgibt, die konzentrisch zur Längsachse der zylindrischen porösen Wand verläuft, wobei die Aussenkante der Schnecke vom innersten Teil der zylindrischen porösen Wand radial im Abstand von wenigstens 0,20 cm liegt, dass der in der zylindrischen porösen Wand befindliche Klärschlamm auf eine Temperatur von über etwa 65⁰C erwärmt wird, dass der Klärschlamm in der

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zylindrischen porösen Wand auf einen Atmosphärenüberdruck gebracht wird, indem die Schnecke gedreht wird,und dass das ursprünglich im Speisestrom enthaltende Wasser durch die zylindrische poröse Wand nach aussen abgeführt wird. Ein Feststoffstrom wird dann vom zweiten Ende der zylindrischen porösen Wand und vom Entwässerungsbereich abgezogen, wobei der Feststoffstrom einen höheren Feststoffgehalt als der Speisestrom hat.

Es hat sich herausgestellt, dass sich bei einem einzigen Entwässerungsbereich des bevorzugten Typs gewöhnlich gewisse Betriebsprobleme, wie beispielsweise ein Verstopfen am Auslass ergeben, wenn der Versuch unternommen wird, einen extrem hohen Prozentsatz an Wasserabgabe in einem einzigen Durchgang zu erreichen. Aus diesem Grunde wird vorzugsweise ein hoher Feststoffgehalt von beispielsweise 60 bis 80 Gew.-% dadurch erzielt, dass der Schlamm wiederholt durch einen Entwässerungsbereich geführt wird.Ein Mehrfachentwässerungsverfahren ist daher bevorzugt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

Ein Mehrfachentwässerungsverfahren kann chargenmässig unter Verwendung eines einzigen Entwässerungsbereiches durchgeführt werden. Vorzugsweise werden jedoch zwei oder mehr getrennte und nicht miteinander verbundene Entwässerungsbereiche in einer Reihe verwandt. Beispielsweise kann der Feststoffstrom von zwei Entwässerungsbereichen mit gleicher Grosser in einer ersten Stufe in einen einzelnen dritten Entwässerungsbereich eingeführt werden, der den gleichen Aufbau 'hat und unter denselben Verhältnissen wie die ersten beiden Entwässerungsbereiche arbeitet. Die beiden Entwässerungsbereiche der ersten Stufe erzeugen vorzugsweise Feststoffströme mit im wesentlichen demselben Feststoffgehalt. Die Feststoffströme werden von den zylindrischen Entwässerungsbereichen vor ihrer Vermischung abgegeben, was vorzugsweise bei dem Umgebungsluftdruck oder in der Nähe des Umgebungsluftdruckes erfolgt.

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Claims

PATSNTANW/S A. GRÜNECKER DlPU-ING H. KINKELDEY DR-ING W. STOCKMAIR OR-ING.- A.E (CAOECH K. SCHUMANN OR. BER IMKT - DtPL-PHVS P. H. JAKOB DtPL-ING G, BEZOLD DR RBlNOT-0»Ί-0«Λ 8 MÜNCHEN MAXIMILIANSTRASSE 13. März 1980 P 14 790 UOP INC. Ten UOP Plaza-Algonquin & Mt. Prospect Roads, Des Piaines, Illinois 60016, USA Verfahren zum mechanischen Entwässern von Nachklärschlamm PATENTANSPRÜCHE

1.,' Verfahren zum mechanischen Entwässern von Nachklärschlamm, bei dem ein Speisestrom aus Nachklärschlamm in ein erstes Ende eines mechanischen Entwässerungsbereiches eingeführt wird, der eine rotierende Schnecke aufweist, die konzentrisch zur Längsachse einer zylindrischen porösen Wand verläuft, die wenigstens einen Teil der Schnecke umgibt, und bei dem ein Feststoffstrom mit einem höheren Feststoffgehalt als der Speisestrom von einem zweiten Ende des Entwässerungsbereiches abgeführt wird, dadurch g e k e η η zeichnet , dass der Speisestrom auf eine Temperatur von über etwa 60⁰C erwärmt wird, bevor er in den Entwässerungs-

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TELEFON (OBO) SS SS 69

TELEX OB-SSSBO

TELEORAMME MONAPAT

TELEKOPIERER

ORIGINAL INSPECTED

bereich geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speisestrom auf eine Temperatur von über 65⁰C erwärmt wird.

3. Verfahren zum mechanischen Entwässern von Nachklärschlamm, bei dem ein Speisestrom aus Nachklärschlamm in ein erstes Ende eines mechanischen Entwässerungsbereiches eingeführt wird, der eine rotierende Schnecke aufweist, die konzentrisch zur Längsachse einer zylindrischen porösen Wand verläuft, die wenigstens einen Teil der Schnecke um gibt, und bei dem ein Feststoffstrom mit einem höheren Feststoffgehalt als der Speisestrom von einem zweiten Ende des Entwässerungsbereiches abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm, der sich innerhalb der zylindrischen porösen Wand des Entwässerungsbereiches befindet, auf eine Temperatur von über 60⁰C erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm auf eine Temperatur von über 65⁰C erwärmt wird.

5. Verfahren zum mechanischen Entwässern von Nachklärschlamm, dadurch gekennzeichnet , dass

a) ein Speisestrom aus Nachklärschlamm in einen mechanischen Entwässerungsbereich und in ein erstes Ende einer zylindrischen porösen Wand eingeführt wird, die wenigstens einen Teil einer Schnecke umgibt, die konzentrisch zur Längsachse der zylindrischen porösen Wand verläuft, wobei die Aussenkante der Schnecke vom innersten Teil der zylindrischen porösen Wand durch einen radialen Abstand von wenigstens 0,10 cm getrennt ist,

b) der Klärschlamm, der sich innerhalb der zylindrischen porösen Wand befindet, auf eine Temperatur von über etwa 60⁰C erwärmt wird,

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c) der Klärschlamm, der sich in der zylindrischen porösen Wand befindet, auf einen Atmosphärenüberdruck dadurch gebracht wird, dass die Schnecke gedreht wird, wobei das ursprünglich im Speisestrom vorhandene Wasser nach aussen durch die zylindrische poröse Wand abgeführt wird, und

d) ein Feststoffstrom von einem zweiten Ende der zylindrischen porösen Wand und vom Entwässerungsbereich abgeführt wird, der einen höheren Feststoffgehalt als der Speisestrom hat.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm, der sich innerhalb der zylindrischen porösen Wand befindet, auf eine Temperatur von über 65⁰C erwärmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm, der sich innerhalb der zylindrischen porösen Wand befindet, auf eine Temperatur von weniger als 100⁰C erwärmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkante der Schnecke vom innersten Teil der zylindrischen porösen Wand durch einen radialen Abstand von weniger als 2,0 cm getrennt ist, dass die Schnecke mit einer Drehzahl zwischen 10 und 150 Umdrehungen pro Minute gedreht wird und dass der grösste am Klärschlamm liegende Druck im Entwässerungsbereich unter 3,5 Atmosphären liegt.

9. Verfahren zum mechanischen Entwässern von Klärschlamm, dadurch gekennzeichnet , dass

a) ein Speisestrom aus Nachklärschlamm auf eine Temperatur von etwa 60⁰C bis etwa 100⁰C erwärmt wird,

b) der Speisestrom in einen mechanischen Entwässerungsbereich geführt wird, der eine zylindrische poröse Wand aufweist, die wenigstens einen Teil einer Schnecke umgibt, die konzentrisch zur Längsachse der zylindrischen porösen Wand liegt, wobei die Aussenkante der Schnecke vom innersten Teil der zylindrischen

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porösen Wand durch einen radialen Abstand von wenigstens 0,10 cm getrennt ist,

c) der Klärschlamm, der sich innerhalb der zylindrischen porösen Wand befindet, auf einen Atmosphärenüberdruck dadurch gebracht wird, dass die Schnecke gedreht wird, wobei das ursprünglich im Speisestrom vorhandene Wasser durch die zylindrische poröse Wand nach aussen abgeführt wird, und

d) ein Feststoffstrom vom Entwässerungsbereich abgeführt wird, der einen höheren Feststoffgehalt als der Speisestrom hat.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkante der Schnecke vom innersten Teil der zylindrischen porösen Wand durch einen radialen Abstand von weniger als 2,0 cm getrennt ist, dass die Schnecke mit einer Drehzahl zwischen 10 und 150 Umdrehungen pro Minute gedreht wird und dass der grösste am Klärschlamm liegende Druck im Entwässerungsbereich unter 35 Atmosphären liegt.

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