DE3215894A1

DE3215894A1 - Verfahren zur klaerschlammentwaesserung

Info

Publication number: DE3215894A1
Application number: DE19823215894
Authority: DE
Inventors: Angelo 6100 Darmstadt Scordialo
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1982-04-29
Filing date: 1982-04-29
Publication date: 1983-11-03
Also published as: IT1162846B; GB2119274A; US4548719A; BE895997A; JPS58199017A; FR2526008A1; NL8300583A; GB2119274B; GB8311221D0; FR2526008B1; IT8367374A0; DE3215894C2

Description

ς Die Erfindung betrifft die Entwässerung von Schlämmen, insbesondere von Klärschlämmen, die bei der Reinigung kommunaler und industrieller Abwässer anfallen. Derartige Schlämme weisen einen Wassergehalt zwischen 70 und 98 Gew.-% auf; abhängig u.a. davon, ob sie überwiegend _in organische oder anorganische Trockenbestandteile enthalten.

Stand der Technik

r- Zur Entwässerung von Schlämmen, die physikalisch gesehen eine konzentrierte wäßrige Suspension von flockigen und/oder kolloidalen Feststoffen darstellen, bietet sich die mechanische Filtration an. Einfaches Filtrieren der Schlämme führt in der Regel jedoch nicht zum Ziel, vor

2Q allem, weil die kolloidalen Bestandteile die Filter

• schnell verstopfen. Die Technik hat sich deshalb bemüht, Mittel und Wege zu finden, um die Schlämme mechanisch filtrierbar zu machen. Durch Brechen der Emulsion, Flockung und Fällung kann wan eine Feststoff-Abscheidung aus der Flüssig-Phase erreichen. (Vgl. Ullmanns Ehcyclopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage, Bd.§_, S. 417-464 und Ed. VL, S. 58i, Bd. 2, S. 190, Verlag Chemie). Als Flockungshilfsmittel dienen in neuerer Zeit vor allem synthetische Polyelektrolyte. Die mit Polyelektrolyten

50 behandelten Schlämme lassen sich aber häufig immer noch schlecht filtrieren. Die Polyelektrolyten sind auch

überwiegend nicht genügend scherstabil, um eine befriedigende Entwässerung zu gewährleisten.

Zur Verbesserung der Filtrierbarkeit werden noch Filterhilfsmittel zugesetzt, vorwiegend anorganische Feststoffe wie z.B. Erdalkalicarbonate, Tone, Kieselgur, Diatomeenerde, Silikate, Asbestfasern u.a. Weiter wird Asche, insbesondere die durch Verbrennung des entwässerten Schlammes selbst gewonnene Asche als Filterhilfsmittel eingesetzt. (DE-B 1 517 705). Die Wirkung dieser Filter- _n hilfsmittel beruht u.a. wohl darauf, daß sie bei der Filtration ein poröses Stützgerüst in dem Filterkuchen bilden. Dadurch wird die Ausbildung kompakter Filterschichten vermieden, die den Flüssigkeitsdurchtritt hemmen können. Allerdings werden erhebliche Mengen an ,r- derartigen Filterhilfsmitteln benötigt. Bei Verwendung von Asche benötigt man z.B. im allgemeinen mindestens zwei Gewichtsteile Asche pro Gewichtsteil Schlamm, was sich u.a. auf die Rentabilität der Schlammverbrennungsverfahren negativ auswirkt.

Zur Reduktion der benötigten Mengen an Filterhilfsmitteln insbesondere Asche wurde vorgeschlagen, den Schlämmen außerdem ein polyelektrolytisches Fällungsmittel zuzusetzen (DE-A 22 49 607, DE-A 23 27 869,.DE-A 26 00 926).

pe Als Nachteil der anorganischen Filterhilfsmittel wird deren Hydrophilie angeführt. Die allgemein verwendeten Stoffe nehmen selbst erhebliche Mengen Wasser auf. Der überwiegende Anteil dieses gebundenen Wassers läßt sich nur durch Energiezufuhr entfernen. Der bei der Filtration

-ZQ anfallende Filterkuchen enthält daher immer noch größere Mengen Wasser. Schließlich kommt es bei den Filtrations-

f-^s-

verfahren nicht zu der angestrebten drastischen Volumbzw. Gewichtsreduktion der anfallenden Feststoffe. Es ist daher vorgeschlagen worden, den Schlämmen vor der Filtration feste Filterhilfsmittel unterzurnischen, die c mit Hydroxy- und/oder Alkoxysilyl-gruppenhaltigen, organischen Verbindungen vorbehandelt worden sind (DE-A 27 30 009). Bevorzugt werden derart vorbehandelte Kaoline.

Aus der allgemeinen Technologie der Filtration ist. die -Q Anwendung von Vulkanasche (vulkanische Liparit- oder

Quarzporphyrgläser, mit vielen kleinen Wassereinschlüssen, die beim Erhitzen über 1200⁰C zu einem federleichten "Gesteinsschlamm" expandieren) bekannt. Zur Entfernung kolloidaler Trübungen, der Retention submikroskopischer 1c Partikel und der Entfernung bakterieller Verunreinigungen ist in der US-PS 4 007 113 ein Filtermedium, bestehend aus einem selbst-bindenden faserigen Matrixmaterial (Cellulose) und u.a. Vulkanasche, dessen Oberfläche mit einem kationischen Melamin-Formaldehydharz behandelt worden war, beschrieben worden.

Aufgabe

Es bestand daher die Aufgabe, Hilfsmittel für die Schlammentwässerung, insbesondere die industrielle und kommunale Klärschlammentwässerung zur Verfugung zu stellen, bei deren Zusatz in deutlich geringeren Quantitäten als bisher die Schlammfiltration technisch befriedigende Ergebnisse liefert. Zur .Verfügung zu stellen waren speziell Filterhilfsmittel, die bereits in Quantitäten, die unter dem Doppelten des Feststoffgewichts der

Schlämme liegen, eine technisch befriedigende Entwässerung ermöglichen. Im Vordergrund stand die Klärschlammentwässerung mittels Kammerfilterpressen oder Druckpressen. Anzustreben war ein Filtrierergebnis von mindestens ca. c Gew.-% Trockensubstanz im Filterkuchen.

Lösung

Zur Lösung der vorliegenden Aufgabe wird das Verfahren IQ gemäß den Ansprüchen vorgeschlagen. Bei dem partikelförrnigen, thermisch expandierten· vulkanischen Material handelt es sich im allgemeinen um Silikate, insbesondere um Liparit- oder Quarzporphyrgläser, die vom natürlichen Herkommen Wassereinschlüsse enthalten und die beim Erhitzen, beispielsweise auf über 1200⁰C zu einem sehr leichten Gesteinsschlamm expandieren. Das thermisch expandierte Volumen kann dabei das mehr als zwanzigfache des ursprünglichen Volumens ausmachen.

20 Di© vorstehend beschriebenen thermisch expandierten,

vulkanischen Materialien sind im Handel erhältlich, sie werden im folgenden kurz als "Expandiertes Material" bezeichnet. Bewährt hat sich gegebenenfalls eine Mahlung des expandierten Materials bis zu einem Grad, daß es den Definitionen des Anspruchs 1 entspricht. Diese. Mahlung kann in an sich bekannter Weise, beispielsweise mit Hilfe einer Hammermühle, vorgenommen werden. Bevorzugt wird die Anwendung von an sich bekannten Polyelektrolyten (vgl. DE-A 22 49 607, DE-A 23 27 869 und DE-A 26 00 926),

30 (Flockungsmittel) neben dem "expandierten Material".

Bevorzugt werden kationische Flockungsmittel angewendet, wie z.B. PoIy-N,N-dialkylaminoalkyl(meth)acrylate in neutralisierter oder quarternisierter Form wie beispielsweise PoIy-M,N-dimethylaminoäthylmethacrylat oder auch PoIy-N,M-dimethylaminomethacrylamid, Polyäthylenamin u.a.

Soweit es sich um anionische Polyelektrolyte handelt, leiten sie sich im allgemeinen von Amiden ungesättigter Carbonsäuren und/oder den Natrium- oder Ammoniumsalzen ungesättigter Carbonsäuren oder Sulfonsäuren ab. Besonders kommen hochmolekulare, wasserlösliche Polymeri-

: sate (wie gegebenenfalls partiell hydrolysiertes) Polyacrylamid und/oder Polymethacrylamid, Polyacrylate und -methacrylate wie Ammonium oder Alkali(meth)acrylate, Sulfonate wie Natriumpolyvinylsulfonat, Natriumpolystyrolsulfonat sowie Copolymerisate und Polymerisatgemische

¹ infrage -

Im allgemeinen liegt der Polymerisationsgrad der erfindungsgemäß zu verwendenden anionischen Polyelektrolyte über 1000, entsprechend in etwa Molekulargewichten

_1£- über 10 , jedoch spielt die Art des anzuwendenden Polymerisats eine wesentliche Rolle.
Die Menge der angewendeten Polyelektrolyte richtet sich in erster Linie nach dem Typ und dem Feststoffgehalt des zu entwässernden Schlamms. Als Richtwert kann 1 bis

P₀ 100 ppm, vorzugsweise 5-50 ppm, des Polymeren, bezogen auf das Gewicht des Klärschlamms gelten.

Besonders bevorzugt ist die Durchführung des Verfahrens bei der das partikelförsiige thermisch expandierte,

oc vulkanische Material (s.oben) hydrophobiert wurde.

Vorzugsweise erfolgt die Hydrophobierung mit siliciumorganischen Verbindungen, insbesondere organofunktioneilen Alkoxisilanen und Alkylalkoxisilanen, insbesondere Alkyltrialoxysilane. Besonders geeignet ist mit den

TQ bekannten Copolymeren aus Vinyltrialkoxisilanen und

Maleinsäureanhydrid behandeltes "expandiertes Material".

I-

- 0 - CE, - C - CH₀ 2 N_x / 2

Die Auswahl der Organosiliduraverbindungen und die technische Durchführung der Beschichtung ,(Hydrophobierung) des expandierten Materials kann in enger Anlehnung an die Lehre der DE-A 27 30 009 durchgeführt werden. Als organofunktionelle Silane seien solche der Formel I

X - (CH₂)_n - Si (OR')₃ I

worin X eine gegebenenfalls alkyl- oder aminoalkylsubsti-

tuierte Aminogruppe,eine Mercaptogruppe oder die Gruppe 10

H 0

R' einen Alkyl- oder Alkoxialkylrest mit 1-10 C-Atomen und η einen Wert zwischen 1 und 10 bedeuten. Genannt seien z.B. ß-Aminoäthyltrimethoxisilan, γ-Aminopropyltrimethoxisilan, γ-Aminopropyltrimethoxyäthoxisilan, 6-Aminobutyltriäthoxysilan, ß-Aminoäthyl-Y-aminopropyltriethoxisilan, Glycidyloxipropyltrimethoxysilan.

Die ebenfalls bevorzugt verwendbaren Alkyltrialkoxisilane können C.-C._e--Alkylreste besitzen, vorzugsweise C.-Cg-Alkylreste. IDn den Alkoxigruppen befinden sich vorzugsweise 1 - 5 Kohlenstoffatome. Die aus der Umsetzung von Vinyltrialkoxisilan und Maleinsäureanhydrid abgeleiteten Copolymeren weisen Einheiten der Formeln

- CH - CH₀ und -CH - CH auf,

30 Si (R") ο COOR¹" COOR¹"

worin R" für einen Alkoxirest mit 1 bis 8 C-Atomen, eine OH-Gruppe oder für eine Sauerstoffbrücke steht, die mit einer weiteren Silyleinheit verknüpft ist, R für Wasserstoff oder für einen Alkylrest mit 1-10 C-Atomen steht. ,_ Beim Erhitzen dieser Maleinsäureanhydrid-Vinyltrialkoxisilan-Copolymeren mit Alkoholen erhält man Copolymere mit Alkoxisilaneinheiten, α,ß-Dicarbonsäurehalbester- und daneben Anhydrideinheiten in unregelmäßiger Reihenfolge. Gut geeignet sind auch Produkte, in denen die Halbester _1Λ hydrolysiert wurden.

Das Aufbringen der siliciumorganischen Verbindungen auf das "thermisch expandierte Material" kann in an sich bekannter Weise erfolgen, z.B. durch Mischen mit Lösungen

^c dieser Verbindungen, vorzugsweise in geeigneten organischen Lösungsmitteln, insbesondere in alkoholischen Lösungen,· oder soweit sie wasserlöslich sind auch in wäßriger Lösung. Bei Anwendung von Silanen kann es auch zweckmäßig sein, diese unverdünnt mit dem "thermisch

2Q expandierten Material" zu vermischen.

Nach dem Mischen, beispielsweise im Pflugscharmischer, wird zweckmäßigerweise getrocknet bei Temperaturen bis etwa 150⁰C, vorzugsweise zwischen 70 und 13O⁰C.

25 in allgemeinen liegt die Menge der auf das "thermisch

expandierte Material" aufgebrachten Silicium-Verbindungen bei mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 Gew.-%, jedoch können auch noch Materialien mit über 10 Gew.-% ohne deutliche Beeinträchtigung der

20 Wirkung als Filterhilfsmittel verwendet wurden.

-40-

Ausführung der Erfindung

Die erfindungsgemäß zu verwendeten Filterhilfsmittel können in an sich bekannter Weise in Schlämme, speziell 'den Abwässerschlämmen, untergemischt werden. Man bedient sich dabei der üblichen Mischaggregate. Die Menge des unterzumischenden "thermisch expandierten Materials", vorzugsweise des hydrophobierenden Materials, beträgt zwischen 2 und 10 kg pro Kubikmeter Naßschlamm.

Die Zumischung der Polyelektrolyte erfolgt bevorzugt als 0,1 - 0,3 %ige wäßrige Gebrauchslösung nach der Vulkanaschezugabe in einem Mischbehälter mit langsam laufendem Rührwerk oder im Durchlaufverfahren in der Zuführungsiei-

15 tung. Bewährt hat sich die mengenproportionale PoIy-

.elektrolytdosierung nach der Förderpumpe in die Zulaufleitung. Die optimale Dosierstelle wurde bei Verwendung mischungsunterstützender Einbauten, wie z.B. statische Mischer, vor dem Zulauf zur Druckpresse ermittelt.

Die Entwässerung erfolgt auf Druckpressen, bevorzugt auf Rahmen- oder Kammerfilterpressen bei Drücken zwischen 5 15 bar und Preßzeiten von 30 - i80 min. Als Filtertuch kommt ein Gewebe, beispielsweise aus Polyamid oder Polypropylen, in Frage. Genannt seien z.B. Monofil-Gewebe.

Bei den folgenden Beispielen findet als thermisch expandiertes Material vorzugsweise "Volcanic Ash, Type VA-HR" der Filter-Media Company, Houston, Texas, Verwendung. 30

Zur Hydrophobierung wird vorzugsweise ein Produkt auf

(R) Basis Octyltriethoxisilan (z.B. Handelsprodukt Dynasilan^

der Fa. Dynamit Nobel) verwendet.

-44-

Beispiel 1

Ein anaerob stabilsierter Klärschlamm, mit einem Trockenstoff gehalt von 3,5 %, wurde mit 10 kg/m³ unbehandeltem _ "thermisch expandierten¹' Material vermischt. Das gemahlene und klassierte Material, in der Körnung 0 0,3 mm, wurde in trockenem Zustand,in einem Vorratsbehälter mit Paddelrührwerk, zudosiert. Nach der Homogenisierung wurde der so vorbehandelte Klärschlamm _n mit einer Kolbenmembranpumpe abgezogen und der Kammerfilterpresse zugeführt. In den Auslauf der Kolbenmembranpumpe, jedoch vor der Kammerfilterpresse, wurde mengenproportional ein Polyelektrolyt in einer Menge von 100 bzw. 150 g/m³ dosiert. Nach einer Preßzeit von 1,5 Std.

^r- und einem Filtrationsdruck von 15 bar war der Filtrationsvorgang abgeschlossen. Der entwässerte Filterkuchen wies einen Trockenstoffgehalt >30 % auf. Das FiItrat hatte, bis auf einen schwachtrüben Vorlauf, ein visuell klares Aussehen mit einem Feststoff gehalt <0,1 %.

Beispiel 2

Ein eingedickter biologischer überschußschlamm mit 3,0 % TS wurde mit "0 kg .silanisiertem expandierten

pe Material vorbehandelt. Die zur Hydrophobierung verwendete Siliciumverbindung wurde in einer Menge von 0,2 Gew.-% in der bekannten Art und Weise aufgebracht. Die Zugabe des hydrophobieren FilterhilFsmittels erfolgte vor einer Verdrängerpumpe mit Hilfe eines statischen Mischers. Nach

•zQ der Verdrängerpumpe wurde in bekannter Weise eine 0,1 %ige

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/r.

Polyelektrolytlösung mit einer Dosiermenge von 150 g zugegeben. Nach einer Preßzeit von 120 min., bei einem Preßdruck-von 15 bar, hatte der entwässerte Filterkuchen einen Trockenstoffgehalt von 29,4 %.

Beispiel 3

Ein öl-schwermetallhydroxydhaltiger Klärschlamm aus einer Emulsionsspaltanlage wurde in der unter Beispiel 1 genannten Weise mit Filterhilfsmittel und Polyelektrolyt G

behandelt. Die Filterhilfsmittelmenge betrug 3 kg/m³ und die Polyelektrolyt-Dosiermenge 150 g/m³. Mach dem Filtrationsprozeß enthielt der entwässerte Filterkuchen einen Feststoffgehalt von 27,2 %.

Ein mit Polyelektrolyt vorbehandeltes, thermisch expandiertes Material gibt unter sonst gleichen Verfahrensbedingungen vergleichbar gute Resultate.

Klärschlamm

Filterhilfsmittel

Polyelektrolyt

Feststoff im Filterkuchen

Anaerob stabilisierter	10 kg/m³
Klärschlamm
3,5 % TS	10 kg/m³

g/m³ g/m³

33.5 %

34.6 %

zu Beispiel 1

Vergleichsdosierung

20 kg Kalk/.?;" kg FeCl₃ 6 H₃O//»^J 31,4 %

Biologischer tiberschußschlamm

3,0 % TS

Ί0 kg/m³

mit 0,2 Gew.-%

yilanisiert g/m³

29,

zu Beispiel 2

Ölschlamm vorbehandelt
mit Schwermetallsalzen

3 kg/m³ g/m³

27,2 % zu Beispiel 3 \,

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Entwässerung von Schlämmen, insbesondere Abwasserklärschlämmen durch Filtration unter Verwendung von Filterhilfsmitteln,

dadurch gekennzeichnet,

daß dem Schlamm vor der Filtration als Filterhilfsmittel partikelförmiges thermisch expandiertes vulkanisches Material mit einem Schüttgewicht von weniger als 0,09 kg/1 mit einer durchschnittlichen c Partikelgröföe zwischen 20 und 300 πιμ in Anteilen von zwischen 2 und 10 kg pro Kubikmeter Maßschlamm zugemischt wird und daß anschließend die Filtration vorgenommen wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwässerung mittels Kammerfilterpressen oder Druckpressen vorgenommen wird.
3- Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des als Filterhilfsmittel verwendeten partikelförmigen,■thermisch expandierten vulkanischen Materials weniger als das Doppelte des Feststoffgewichts des zu entwässernden Schlammes ausmacht.

Λ-
4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Filterhilfsmittel verwendeten, partikelförmigen thermisch expandierten, vulkanischen Materialien zusammen mit zur

Schlammentwässerung bereits bekannten Polyelektro-

lyten angewendet werden.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Filterhilfsmittel verwendeten, partikelförmigen,' thermisch expandierten, vulkanischen

10 ■

Materialien vor der Anwendung mit den Polyelektro-

lyten vorbehandelt worden sind.
6. Verfahren gemäß den Ansprüchen 4 und 5, dadurch

gekennzeichnet, daß die partikelförmigen thermisch

expandierten, vulkanischen Materialien zu den

Polyelektrolyten im Gewichtsverhältnis 40 zu 1 bis 200 zu 1 stehen.
7. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, daß die partikelförmigen, thermisch expandierten, vulkanischen Materialien hydrophobiert worden sind.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrophobierung mittels Siloxanen erfolgt.
9. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gesamtheit der zugesetzten Filterhilfsmittel unter 12 kg pro Kubikmeter Maßschlamm liegt.