DE3638289A1

DE3638289A1 - Verfahren und vorrichtung zur beschleunigung der sedimentation von schlamm

Info

Publication number: DE3638289A1
Application number: DE19863638289
Authority: DE
Inventors: Mohamed Dipl Ing Essmat; Ronald Dipl Ing Liepold
Original assignee: AWFI ARBEITSWISSENSCHAFTLICHES
Current assignee: AWFI ARBEITSWISSENSCHAFTLICHES
Priority date: 1986-11-07
Filing date: 1986-11-07
Publication date: 1988-05-19
Also published as: DE3638289C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschleunigung der Sedimentation von Schlamm gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und auf eine hierzu geeignete Vorrichtung.

Es ist aus der DE-OS 32 00 164 ein Fällungsmittel zur Ausfällung oder Flockung von vor allem gelösten Chemiekalien aus Abwasser bekannt, welches aus Eisenstücken mit Eisenoxid (Fe₂O₃) besteht. Der Eisenoxidgehalt soll über 70% betragen. Die Eisenstücke sollen eine Körnung bis maximal 0,20 mm aufweisen. Ein solches Fällungsmittel wird zur Beschleunigung der Sedimentation von Schlamm bei der statischen und dynamischen Eindickung zugegeben, wodurch eine Verbesserung der Absetzbarkeit der Schlammflocken durch rein physikalische Beschwerung der Flocken erzielt werden soll. Versuche haben jedoch gezeigt, daß ein solches Fällungsmittel ungeeignet ist, da es sich nicht in gewünschter Weise an den Flocken anlagert und ferner nicht rückgewinnbar ist, sondern in der pastösen Schlammasse verbleibt. Demgemäß besteht das bekannte Fällungsmittel auch aus bei der Eisenverhüttung homogen aufoxidiertem Eisenabfall, wobei die Eisenstücke das Filtrat aus Filteranlagen, insbesondere Elektrofilteranlagen, in Eisenhütten- und Stahlwerken sind.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art und eine Vorrichtung hierzu zu schaffen, bei welchem die Anlagerung des metallischen Sedimentationsmittels an den Flocken verbessert ist und bei welchem die eingesetzten metallischen Sedimentationsmittel wiederverwendbar sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Versuche haben gezeigt, daß sich ferromagnetische Partikel, insbesondere Reinsteisen der Korngröße von ≦100 µm, besonders gut an den Schlammflocken anlagert und zu einer besonders schnellen Sedimentation, d. h. Ablagerung der pastösen Schlammasse, führt. Darüber hinaus hat es sich gezeigt, daß die erfindungsgemäß eingesetzten ferromagnetischen Partikel durch Magnetkraft wieder aus den abgelagerten Schlammassen entfernt und für eine Sedimentation weiterer Schlammassen wieder verwendet werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Vorrichtung zur Durchführung des Sedimentationsverfahrens in der ersten Ausführungsform und

Fig. 2 die Vorrichtung zur Durchführung der Sedimentation in der zweiten Ausführungsform.

Das Verfahren zur Beschleunigung des Absetzens in statischen und dynamischen Eindickern und die Rückgewinnung der eingebrachten metallischen Sedimentationsmittel zu ihrer Wiederverwendung kann bei jeder Art von Schlämmen angewendet werden, bei denen innerhalb der Verfahrenskette eine Fällung und/ oder eine Flokulation stattfindet, z. B. bei kommunalen Schlämmen aus der Abwasserreinigung, bei Industrieschlämmen aus Beizerein, Galvaniken und bei sonstigen Aufbereitungsprozessen in der Industrie. Außerdem ist das Verfahren bei organischen Schlämmen anwendbar, die aufgrund biologischer und chemischer Voraussetzungen ohnehin flocken-ähnliche Strukturen aufweisen, wie z. B. See- und Gewässerschlämme, die wegen ihrer relativ hohen organischen Anteile keine klassierbaren bzw. geometrisch determinierten Partikel enthalten, sondern inhomogene Strukturen aufweisen.

Es wurde festgestellt, daß unter Zugabe von ferromagnetischen Partikeln eine erhebliche Beschleunigung im Absetzverhalten oben genannter Schlämme erzielbar ist. Dies beruht im wesentlichen auf rein mechanischen, physikalischen Vorgängen. Durch die großporige Struktur der Flocken können sich die zugegebenen ferromagnetischen Partikel mit hohem spezifischen Gewicht gut einlagern. Hierdurch wird das Gesamtgewicht der Flocke um ein Vielfaches erhöht. Dies hat zur Folge, daß sich die Sedimentationsgeschwindigkeit proportional dazu erhöht. Damit sich möglichst viele ferromagnetische Partikel in der Flocke ein- und anlagern können, müssen diese Partikel möglichst klein sein und eine inhomogene Korngrößenverteilung haben. Als Optimalwert hat sich aus Versuchen ein Korngemisch mit einer Korngröße von ≦ 100 µm herausgestellt. Bei geflockten, kolloidalen Schlämmen sinkt dieser Wert auf ≦ 10 µm ab. Der Grund für eine inhomogene Korngrößenverteilung der fremd eingelagerten Partikel ergibt sich aus der Notwendigkeit, eine Korrelation zwischen den in der Schlammflocke unterschiedlich herrschenden inneren Bindungskräften und den durch Art und Größe bestimmten äußeren Kräften der Partikel herzustellen. Somit wird ebenfalls gewährleistet, daß Partikel verschiedenster Größe für die nach Form und Größe variierbaren Hohl- und Zwischenräume der Flocken zur Verfügung stehen. Ein weiterer Grund für die Wahl kleinkörniger Partikel ergibt sich aus der Tatsache, daß die äußeren Kräfte (Gewichts- und Widerstandskräfte) kleiner gleich den inneren Kräften (physikalische Bindungskräfte) sein müssen: F _A ≦ F _i, damit sich der Beschleunigungseffekt um ein Vielfaches verstärkt.

Der wirtschaftliche Effekt des beschleunigten Absetzens von Schlämmen wird wesentlich erhöht, wenn eine Wiederverwertbarkeit des zusätzlichen Konditionierungsmittels in Form der ferromagnetischen Partikel gewährleistet ist, da ansonsten die Vorteile durch erhöhte Kosten für Konditionierungsmittel zum Teil wieder aufgehoben würden. Um dies zu erreichen, wird bei dem hier beschriebenen Verfahren mit ferromagnetischen Partikeln gearbeitet. Derartige Partikel können auch Späne sein. Die ferromagnetischen Partikel haben zum einen ein hohes spezifisches Gewicht, das je nach Element zwischen 8- und dem 18-fachen des spezifischen Gewichtes von Wasser beträgt und das sich sehr gut im Hinblick auf eine Verbesserung der Absetzbarkeit auswirkt. Zum anderen lassen sich diese ferromagnetischen Partikel in einer nachgeschalteten Verfahrensstufe problemlos durch einen Magnetabscheider rückgewinnen und erneut in den Verfahrensprozeß einleiten. Im Hinblick auf den Schwermetallcharakter und dessen ungewünschten Gebrauch hat sich Reinsteisen (Fe-Reinst) als bevorzugtes Mittel zur Realisierung des hier beschriebenen Verfahrens gezeigt. Die Neigung des Reinsteisens zur Oxidation war sehr gering. So konnten selbst bei längerer Verweildauer des Eisen im Schlamm von bis zu 10 Tagen weit über 90% des eingesetzten Eisens wiedergewonnen werden. Als optimales Mischungsverhältnis wurde je nach untersuchter Schlammart ein Gehalt von 0,5 bis 1,0 Volumen-% Fe ermittelt.

Untersucht wurden kommunale Schlämme aus der Abwasserreinigung und Gewässer- und Industrieschlämme. Nachfolgend werden die Ergebnisse je eines Schlammes aus der jeweiligen Kategorie genannt, wobei die Verbesserung der Absatzgeschwindigkeit V _S durch Zugabe von Eisenspänen einer Korngröße von ≦ 10 µm angegeben wird:

1. Abwasserreinigung - Eisenchlorsulfatschlamm:
V _S ≅ 5-fach
2. Gewässerschlamm - Flockungsmittel:
V _S ≅ 10-fach
2.1 Gewässerschlamm - Flockungsmittel:
V _S ≅ 12,5- bis 13-fach
3. Industrieschlamm aus Beizerei:
V _S ≅ 4- bis 5-fach.

Weiterhin wurde festgestellt, daß sich die Absetzgeschwindigkeit des Schlammes nochmals erhöht, wenn am Boden des Absetzbehälters ein magnetisches Feld existiert. Dieses Magnetfeld ist eine Funktion der Zeit:

f _mag = f _mag (t)

und somit des zurückgelegten Weges S (t) der mit Eisenpartikeln angereicherten Schlammflocken. Es ist hierzu eine richtige Einstellung und Steuerung der magnetischen Feldstärke notwendig, da andernfalls ein zu frühes Trennen der Eisenpartikel von den Schlammflocken erfolgt.

Nachfolgend wird das hier beschriebene Verfahren zur Beschleunigung der Sedimentation von Schlämmen unter Zugabe ferromagnetischen Materials und zur Rückgewinnung dieses Materials anhand der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

In Fig. 1 ist ein Rührreaktor 1 oberhalb eines Absetzbeckens 2 dargestellt, welches über eine Rohrleitung 9 mit einem Magnetabscheider 3 verbunden ist. Dieser ist wiederum zur Schließung des Kreislaufes über eine Rückführeinrichtung 4 für das rückgewonnene ferromagnetische Material mit dem Rührreaktor 1 verbunden. Im Rührreaktor 1 ist eine Rührvorrichtung 5 mit Antriebsmotor 6 vorhanden. Dem Rührreaktor 1 wird Konditionierungsmittel zugeführt. Nach guter Durchmischung des im Rührreaktor 1 befindlichen Schlammes mit den ferromagnetischen Partikeln wird der Schlamm in das Absetzbecken 2 überführt, in welchem sich das Schlammsediment am Boden 10 absetzt und von welchem oben durch eine Rohrleitung 11 Klarwasser abgeführt wird. Der abgesetzte und entwässerte pastöse Schlamm wird durch die Rohrleitung 9 dem Magnetabscheider 3 zugeführt, von welchem das ferromagnetische Material über die Rückführeinrichtung 4 wieder dem Rührreaktor 1 für einen neuen Verfahrensprozeß zugeführt wird. Die verbliebene pastöse Schlammasse wird einer Einrichtung 7 zur Nacheindickung zugeführt und von dort zum Recycling oder einer Deponie 12 zugeführt. Mittels dieser Vorrichtung können generell Schlämme, z. B. aus der Abwasserreinigung, mit sehr niedrigen Anfangstrockensubstanzanteilen TS _A≦1% verarbeitet werden. Hierbei wurde nach dem beschleunigten Absetzen eine Konzentrationserhöhung auf 5% TS erreicht. Die Konsistenz des Schlammes ist hier bereits derart fließfähig, daß bereits nach dem Absetzen eine Rückgewinnung bzw. Rückführung des ferromagnetischen Materials vorgenommen werden kann, sofern dies keine Nachteile für die Nacheindickung ergibt.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform nur dadurch, daß die Einrichtung zur Nacheindickung 7′, z. B. eine Filterpresse oder eine Zentrifuge, sowie eine Mühle zur Zerkleinerung des Schlammes dem Magnetabscheider 3 vorgeschaltet sind. Bei Verwendung dieser Vorrichtung ist der TS _A-Anteil bereits so hoch (z. B. 5 bis 6%), daß nach dem Absetzen eine pastöse Masse vorliegt (z. B. Eisenoxid, Blei und Gewässerschlamm), aus dem das ferromagnetische Material nur zu etwa 75-80% zurückgewonnen werden kann. Demgemäß bietet sich bei dieser Vorrichtung eine sowieso notwendige Nacheindickung an, mit anschließender Zerkleinerung des entwässerten Schlammes durch die Mühle 8. Das dann vorliegende Gemisch aus Schlamm und ferromagnetischem Staub kann mühelos mit Hilfe des Magnetabscheiders 3 getrennt werden.

KM = Konditionierungsmittel.
FM = ferromagnetisches Material.

Claims

1. Verfahren zur Beschleunigung der Sedimentation von Schlämmen bei der statischen und dynamischen Eindickung unter Zugabe von metallischem Sedimentationsmittel, dadurch gekennzeichnet,
daß als metallisches Sedimentationsmittel ferromagnetische Partikel dem Schlamm zugegeben werden,
daß der Schlamm und die ferromagnetischen Partikel einer intensiven Vermischung unterzogen und anschließend sedimentiert werden
und daß die ferromagnetischen Partikel nach Abschluß der beschleunigten Sedimentation aus der abgesetzten und entwässerten pastösen Masse durch Magnetkraft entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Partikel eine Korngröße von ≦ 100 µm haben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an ferromagnetischen Partikeln im Schlamm zwischen 0,5 und 1,0 Vol-% Fe beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als ferromagnetische Partikel Reinsteisen (Fe-Reinst) verwendet wird.

5. Metallisches Sedimentationsmittel zur Beschleunigung der Sedimentation von Schlamm, dadurch gekennzeichnet, daß das Sedimentationsmittel ferromagnetische Partikel der Korngröße ≦ 100 µm sind.

6. Metallisches Sedimentationsmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Partikel aus Reinsteisen (Fe-Reinst) bestehen.

7. Verwendung von Reinsteisen (Fe-Reinst) der Korngröße ≦ 100 µm als metallisches Sedimentationsmittel zur Beschleunigung der Sedimentation von Schlamm.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einem mit einem Rührwerk (5, 6) versehenen Rührreaktor (1) ein Absetzbecken (2) und diesem ein Magnetabscheider (3) nachgeschaltet sind und daß der Magnetabscheider (3) über eine Rückführeinrichtung (4) wieder mit dem Rührreaktor (1) verbunden ist.

9. Vorrichtung anch Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Magnetabscheider (3) eine Einrichtung zur Nacheindickung nachgeschaltet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Magnetabscheider (3) eine Einrichtung zur Nacheindickung (7′) und eine Mühle (8) vorgeschaltet sind.