DE3643205A1 - Verfahren zur konditionierung von klaerschlamm mit kalziumkarbonat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konditionierung von bei der Abwasserreinigung anfallendem Klärschlamm.

Bei der in Kläranlagen durchgeführten Abwasserreinigung werden in Klärbecken schädliche Abwasserinhaltsstoffe in Form von Klärschlamm abgeschieden. Dieser stellt eine wäss­ rige Suspension mit einem Anteil Feststoff von einigen weni­ gen Prozent dar. Der Klärschlamm kann in Faulbehältern unter anaeroben Bedingungen stabilisiert werden, wobei man brenn­ bares Klärgas gewinnt. Der ausgefaulte Schlamm, bisweilen auch der primär anfallende Klärschlamm selbst, wird nach verschiedenen Techniken konditioniert und entwässert, um den Feststoffgehalt zu erhöhen und ein Produkt zu erhalten, das auf Deponien gebracht, verbrannt oder kompostiert werden kann.

Es ist eine Kalk-Eisen-Konditionierung von Klärschlamm be­ kannt, bei dem man als Konditionierungsmittel Kalkhydrat zusetzt, um eine Fällung von Schwebestoffen und eine gewisse Strukturierung des Schlamms zu erreichen. Kalkhydrat wird üblicherweise ausgehend von gebranntem Kalk (Kalziumoxid) in Form von Kalkmilch angesetzt. Dem Klärschlamm wird als Flockungsmittel Eisen-III-Chlorid (FeCl₃) zugegeben, um eine Flockenbildung der Feststoffe zu fördern. In einem anderen bekannten Verfahren wird Klärschlamm allein durch Zugabe von Flockungshilfsmittel, insbesondere Polymeren, konditioniert.

Ein Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren zur Konditionierung von Klärschlamm anzugeben, das es unter Rohstoffe schonendem Einsatz kostengünstiger Betriebsstoffe erlaubt, die Entwäs­ serbarkeit des Klärschlamms zu steigern und die Verwertbar­ keit des entwässerten Klärschlamms im Landbau zu verbessern.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß man Kalziumkarbonat in feinst verteilter Form, insbesondere amorph gefälltes Kalziumkarbonat als Konditionierungsmittel für den Klär­ schlamm verwendet.

Derartiges Kalziumkarbonat fällt als wässriger Schlamm in Wasseraufbereitungsanlagen an, in denen eine Enthärtung von Trinkwasser oder Brauchwasser nach dem Prinzip der Lang­ samentkarbonisierung vorgenommen wird. Als Abfallprodukt ist der Kalziumkarbonatschlamm billig. Nicht zuletzt dank seiner feinkörnigen Struktur und entsprechend großen Ober­ fläche bildet er nach den Feststellungen der Erfindung eine ausgezeichnete Stützmatrix für den Klärschlamm, so daß sich auch schwer zu entwässernde Schlämme mit einer hohen An­ reicherung an Feststoff entwässern lassen. Kalziumkarbonat ist geeignet, Kalziumhydroxid als Konditionierungsmittel zu ersetzen. Der apparative Aufwand einer Ansetzstation für Kalkmilch als Teil der Kläranlage kann damit gespart, und der laufende Betriebsmittelverbrauch gesenkt werden. Bei einer Verwertung des entwässerten Klärschlamms zur Boden­ verbesserung ist die Anreicherung des Klärschlamms mit Kal­ zium von Vorteil. Verglichen mit dem stark alkalischen Kalk­ hydrat, erfolgt bei Kalziumkarbonat als Konditionierungs­ mittel die Kalkanreicherung pH-neutral, wodurch die Eignung des entwässerten Klärschlamms zur direkten Verwendung im Landbau sowie zur Kompostierung verbessert wird.

Die Wasseraufbereitung in zentralen, insbesondere kommunal betriebenen Wasserenthärtungsanlagen ist nach herkömmlichem Verständnis ein von der Abwasserreinigung gänzlich geschie­ denes technisches Gebiet. Es ist bekannt, nach dem Prinzip der Langsamentkarbonisierung die Karbonathärte und die freie Kohlensäure durch Zugabe von Kalkhydrat in Form von Kalkmilch nach folgenden Reaktionsgleichungen auszufällen:

Ca(HCO₃)₂+Ca(OH)₂→2 CaCO₃+2 H₂O

CO₂+Ca(OH)₂→CaCO₃+H₂O

Die Fällung erfolgt üblicherweise in einer Anzahl hinterein­ ander durchlaufener Becken unter Eintrag von mechanischer Energie durch Rührwerke. Die Kalkmilch wird in einer An­ setzstation aus gebranntem Kalk zubereitet und dem Wasser, das in einer vorangehenden Rieselstrecke bereits Kohlendioxid abgegeben und Sauerstoff aufgenommen haben kann, in einem Mischbecken zugegeben. Es erfolgt hier eine Mikroflockung, und in anschließend durchlaufenen Rühr- und Sedimentier­ becken eine Makroflockung. Durch Zugabe von Flockungsmitteln, insbesondere Eisen-III-Chlorid (FeCl₃), wird dieser Vorgang unterstützt und eine weitere Entstabilisierung von Inhalts­ stoffen des Wassers erzielt. Weiter wird, beispielsweise in einem geeigneten Zumischbecken, zur Unterstützung der Flockenbildung ein Flockungshilfsmittel in Gestalt eines Polymers oder einer Mischung von Polymeren zugegeben. Am Ende der Kette von Reaktionsbecken, Rühr- und Sedimentier­ becken befindet sich eine Abscheidestation, die insbesondere eine Anordnung von Parallelplattenabscheidern enthalten kann. Hier fallen große Mengen Kalziumkarbonatschlamm an. Dem von seiner Karbonathärte befreiten Wasser kann anschlies­ send zur Korrektur des pH-Werts Kohlendioxid zudosiert wer­ den. Letzte Trübstoffe werden in einer Filterstufe beispiels­ weise mit Druckfiltern entfernt.

Verglichen mit anderen Wasserenthärtungsverfahren, wie bei­ spielsweise mit der Schnellentkarbonisierung oder Ionenaus­ tauschverfahren, hat die Langsamentkarbonisierung den Vor­ teil, daß zugleich andere Inhaltsstoffe des Wassers, insbe­ sondere anorganische Substanzen, wie Eisen, Mangan und Sili­ kat, in effektiver Weise entfernt werden. Desweiteren haben große Lastschwankungen, wie sie in kommunalen Wasserver­ sorgungsnetzen auftreten können, keinen negativen Einfluß auf dieses Verfahren. Ein Problem und ein erheblicher Kos­ tenfaktor bei der Langsamentkarbonisierung ist aber die Entsorgung der großen anfallenden Mengen wässrigen Kalzium­ karbonatschlamms.

Es ist üblich, den Kalziumkarbonatschlamm auf Deponien zu lagern. Der Schlamm muß zuvor zur Anreicherung seines Fest­ stoffgehalts entwässert werden, was beispielsweise in Filter­ pressen, insbesondere Kammerfilterpressen oder Bandfilter­ pressen, oder auch in Vakuumfiltern oder Zentrifugen ge­ schehen kann. Mit der Schlammentwässerung gehen erhebliche apparative Investitionen und hohe laufende Betriebskosten einher, die größenordnungsmäßig ein Drittel der Gesamtkosten einer zentralen Wasserenthärtungsanlage ausmachen können.

Ein Ziel der Erfindung ist, ein unaufwendiges, kostengünsti­ ges Verfahren zur Entsorgung einer nach dem Prinzip der Langsamentkarbonisierung des Wassers arbeitenden Wasseraufbe­ reitungsanlage von Kalziumkarbonatschlamm anzugeben.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß man den Kalziumkarbo­ natschlamm von der Wasserenthärtungsanlage zu einer Kläran­ lage verbringt und dem Klärschlamm zusetzt.

Mit diesem Verfahren spart man den apparativen Aufwand und die laufenden Betriebskosten einer Schlammentwässerung an der Wasserenthärtungsanlage. Der Transport des Kalzium­ karbonatschlamms zur Kläranlage läßt sich vergleichsweise kostengünstig durchführen. Der Kalziumkarbonatschlamm bildet an der Kläranlage keine unerwünschte zusätzliche Entsorgungs­ last, sondern ist im Gegenteil nützlich, weil er sich mit den erwähnten Vorteilen als Konditionierungsmittel für Klär­ schlamm einsetzen läßt.

Mit der Erfindung wird nach alledem auch ein Verfahren zur kombinierten Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung ge­ schaffen, bei dem man den an einer nach dem Prinzip der Langsamentkarbonisierung des Wassers arbeitenden Wasserauf­ bereitungsanlage anfallenden Kalziumkarbonatschlamm zu einer Kläranlage verbringt und dem Klärschlamm als Konditionie­ rungsmittel zusetzt.

Die Vorteile dieses Verfahrens sind vielfältig. Die bei der Langsamentkarbonisierung anfallenden großen Mengen Kal­ ziumkarbonatschlamm werden in wirtschaftlicher Weise entsorgt und dabei sogar einer nützlichen Funktion zugeführt. Ein­ richtungen zur Schlammentwässerung an der Wasserenthärtungs­ anlage entfallen, womit erhebliche apparative Vereinfachungen und eine Senkung der laufenden Betriebskosten einhergehen. An der Kläranlage entfällt das Ansetzen und Zugeben von Kalkhydrat als Konditionierungsmittel, da letzteres durch den Kalziumkarbonatschlamm vollständig ersetzt werden kann. Es wird so der apparative Aufwand für eine Ansetzstation gespart und der laufende Betriebsmittelverbrauch gesenkt. Bei einer Verwertung des entwässertent Klärschlamms im Landbau zur Bodenverbesserung ist die pH-neutrale Anreiche­ rung des Klärschlamms mit Kalzium von Vorteil. Nicht zuletzt wird, verglichen mit der üblichen Kalk-Eisen-Konditionierung des Klärschlamms die insgesamt zu bewältigende Deponiemenge verringert.

Von besonderer Bedeutung ist die erfindungsgemäße Feststel­ lung, daß an der zentralen Wasserenthärtungsanlage einer bestimmten Region gerade soviel Kalziumkarbonatschlamm an­ fällt, wie an der Kläranlage oder den Kläranlagen der Region als Konditionierungsmittel gebraucht wird. Dies gilt bei typischer Wirtschaftsstruktur und einer üblichen Ausgangs­ wasserhärte ab größenordnungsmäßig 20 Grad deutsche Härte. Das erfindungsgemäße Verfahren zur kombinierten Wasseraufbe­ reitung und Abwasserreinigung kann daher in einem lokalen oder regionalen Wasserversorgungs-Entsorgungs-Verbund betrie­ ben werden. Man erreicht so ein wirtschaftliches und umwelt­ schonendes lokales Recycling des Kalziumkarbonatschlamms. Dabei müssen weder Überschüsse an Kalziumkarbonatschlamm anderweitig entsorgt werden, noch tritt ein Mangel an Kon­ ditionierungsmittel ein.

Für den erfindungsgemäßen Verbundbetrieb von Wasserenthär­ tungsanlage und Kläranlage müssen diese nicht notwendiger­ weise räumlich benachbart liegen. Vielmehr ist im Interesse einer strikten hygienischen Trennung eine gewisse Entfer­ nung zwischen beiden Anlagen empfehlenswert. Der sich damit ergebende Transport des Kalziumkarbonatschlamms ist technisch und wirtschaftlich leicht zu bewältigen.

Der Kalziumkarbonatschlamm wird dem Klärschlamm vorzugsweise mit einem Feststoffanteil von mehr als 30 Gew.% bezogen auf die Gesamtmenge Feststoff zudosiert. Ab diesem Mengen­ anteil wird die Entwässerbarkeit des Klärschlamms erheblich gesteigert.

Die erfindungsgemäße Konditionierung des Klärschlamms mit Kalziumkarbonat macht die bei der Eisen-Kalk-Konditionierung erfolgende Zugabe eines Flockungsmittels, nämlich Eisen- III-Chlorid, entbehrlich. Damit wird Betriebsmittel gespart und die Salzlast im entwässerten Schlamm verringert.

Der Kalziumkarbonatschlamm kann dem Klärschlamm nach dessen Durchlaufen eines anaeroben Faulprozesses und vor einer mechanischen Entwässerung zugegeben werden. Die Zugabe er­ folgt damit in demselben Stadium, wie die Zudosierung von Kalkmilch und Flockungsmittel bei der Kalk-Eisen-Konditio­ nierung. Entsprechend gering ist der mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren einhergehende Umrüstaufwand.

Der Kalziumkarbonatschlamm fällt in pumpfähigem Zustand an einer Abscheidestation der Wasserenthärtungsanlage an, insbesondere an einem Parallelplattenabscheider. Letzterer kann einen Satz schräg stehender Platten enthalten, die von einem aufsteigenden Wasserstrom durchsetzt werden. Der Kalziumkarbonatschlamm sammelt sich am unteren Ende der Platten, von wo er abgezogen werden kann. Typische Fest­ stoffgehalte in dieser Stufe sind ca. 30%. Es empfiehlt sich, den Kalziumkarbonatschlamm in diesem Zustand von der Wasseraufbereitungsanlage zur Kläranlage zu verbringen, da sich der Schlamm durch Pumpen in unaufwendiger Weise fördern sowie über längere Zeit lagern läßt, ohne daß sich Wasser abscheidet und Trockenstoff absetzt. Der Transport zur Kläranlage kann in unaufwendiger Weise mit Silofahr­ zeugen erfolgen, die zum üblichen Fuhrpark einer Kläranlage gehören. In Einzelfällen mag auch eine Pumpleitung zwischen Wasserenthärtungsanlage und Kläranlage in Betracht kommen.

Der Kalziumkarbonatschlamm kann unmittelbar vom Sumpf eines Abscheiders oder von einem Zwischenbehälter der Wasserauf­ bereitungsanlage abgezogen werden. Letztere Variante ist im Interesse einer strikten hygienischen Trennung von Vor­ teil, insbesondere wenn zu einer Kläranlage gehörige Fahr­ zeuge zum Einsatz kommen. Im Bereich der Kläranlage wird der Kalziumkarbonatschlamm vorzugsweise in siloähnlichen Vorratsbehältern (Schlammstapelbehältern) gelagert, wodurch man Schwankungen in Anfall und Bedarf ausgleichen kann.

Die Erfindung sieht vor, dem mit Kalziumkarbonatschlamm versetzten Klärschlamm ein Flockungshilfsmittel zuzusetzen, um die Entwässerbarkeit zu steigern. Hierzu eignen sich insbesondere kationische Polymere auf Acrylatbasis in einer Menge von vorzugsweise 2 bis 5 Kilogramm pro Tonne Feststoff. Dieses Flockungshilfsmittel ist höchst wirksam. Verglichen mit einem bekannten Verfahren, bei dem Klärschlamm allein durch Zugabe von Flockungshilfsmittel, nämlich Polymeren, konditioniert wird, ist die erfindungsgemäß verwendete Menge Flockungshilfsmittel gering. Damit gehen niedrige Kosten und eine minimale Belastung der Umwelt einher.

Für die Entwässerung des mit Kalziumkarbonat und Flockungs­ hilfsmittel versetzten Klärschlamms können alle herkömmlichen Techniken Verwendung finden. Besonders empfiehlt sich aber ein Einsatz von Kammerfilterpressen. Diese zeichnen sich durch eine hohe Feststoffanreicherung im Filterkuchen aus. Nach den Feststellungen der Erfindung erfolgt bei der mengen­ mäßig geringen Zugabe von Flockungshilfsmittel kein Verkle­ ben der Filtertücher, und der Filterkuchen läßt sich leicht entfernen.

Die Zudosierung des Flockungshilfsmittels kann zwischen der Zugabestation für den Kalziumkarbonatschlamm und der Beschickungspumpe der Kammerfilterpresse erfolgen. Damit ist eine apparativ unaufwendige Zudosierung des Flockungs­ hilfsmittels beispielsweise an einer Förderleitung möglich. Die Zudosierung noch vor der Hochdruckpumpe der Kammerfil­ terpresse gewährleistet eine optimale Verteilung des Floc­ kungshilfsmittels. Die gebildeten Flocken sind überraschend scherfest und werden in der Hochdruckpumpe nicht zerschlagen; vielmehr erweist sich der in der Hochdruckpumpe erfolgende Energieeintrag sogar als vorteilhaft. Die geringe Scher­ empfindlichkeit der Flocken mag aus der hochfeinen Körnung und der die Wirkung des Flockungshilfsmittels fördernden pH-Neutralität des Kalziumkarbonatschlamms resultieren.

1. Versuch

In einer Klärschlammaufbereitungsanlage wurden 10 Tonnen Faulschlamm mit einem Feststoffanteil von ca. 3% (300 kg Trockensubstanz) an der Zugabestelle für Konditionierungs­ mittel mit 1 Tonne Kalziumkarbonatschlamm aus einer Wasser­ enthärtungsanlage versetzt, der einen Feststoffanteil von 30% hatte (ebenfalls 300 kg Trockensubstanz). Bei dem Faul­ schlamm handelte es sich um einen extrem schwer entwäs­ serbaren Schlamm, dessen Trockensubstanz je etwa zur Hälfte aus häuslichem Abwasser und dem Abwasser eines Lebensmittel­ betriebs stammte. Es erfolgte eine Zugabe von Flockungshilfs­ mittel, nämlich kationischen Polymeren auf Acrylatbasis, und eine mechanische Entwässerung auf einer Bandfilterpresse. Das Ergebnis war ein Filterkuchen mit einem Trockenstoffan­ teil von 26% bis 28%. Zum Vergleich wurde Faulschlamm desselben Ursprungs mit dem gleichen Feststoffanteil ohne Kalziumkarbonatzusatz mit einer gleichen Menge der erwähnten Polymere behandelt und entwässert. Dabei ergab sich im Fil­ terkuchen ein Feststoffanteil von 16%. Kalziumkarbonat­ schlamm mit einem Ausgangs-Feststoffanteil von 30% ließ sich auf der Bandfilterpresse auf einen Feststoffanteil von 50% entwässern. In dem Mischungsversuch wäre daher bei einem Ausgangsverhältnis 1 : 1 des Feststoffs in der Mischung rein rechnerisch aufgrund der Massenbilanz ein Feststoffanteil von 24% im Filterkuchen zu erwarten. Der tatsächlich erreichte Wert von 26% bis 28% liegt deutlich höher, womit die Wirkung des Kalziumkarbonatschlamms als Konditionierungsmittel auch bei extrem schwer zu entwässern­ den Schlämmen nachgewiesen ist.

2. Versuch

In einer Klärschlammaufbereitungsanlage mit häuslichen Ab­ wässern und unproblematischen Industrieabwässern wurden Faulschlamm und Kalziumkarbonatschlamm im Feststoffverhält­ nis 70 : 30 bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt zusammen­ gebracht, unter Zugabe von kationischen Polymeren auf Acrylat­ basis in einer Menge von 2 Kilogramm pro Tonne Feststoff konditioniert und auf einer Kammerfilterpresse entwässert. Der Filterkuchen hatte einen Feststoffgehalt von 63%. Eine herkömmliche Kalk-Eisen-Konditionierung des Faulschlamms bei gleichem prozentualem Anteil Feststoff der Zugabestoffe ergab einen Filterkuchen mit einem Feststoffgehalt von 48%.

Claims (14)

1. Verfahren zur Konditionierung von bei der Abwasserrei­ nigung anfallendem Klärschlamm, dadurch gekennzeichnet, daß man amorph gefälltes Kalziumkarbonat als Kondi­ tionierungsmittel für den Klärschlamm verwendet.

2. Verfahren zur Entsorgung einer nach dem Prinzip der Langsamentkarbonisierung des Wassers arbeitenden Wasser­ aufbereitungsanlage von Kalziumkarbonatschlamm, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kalziumkarbonatschlamm zu einer Kläranlage verbringt und dort dem Klärschlamm zusetzt.

3. Verfahren zur kombinierten Wasseraufbereitung und Ab­ wasserreinigung, bei dem man den an einer nach dem Prinzip der Langsamentkarbonisierung des Wassers ar­ beitenden Wasseraufbereitungsanlage anfallenden Kalzium­ karbonatschlamm zu einer Kläranlage verbringt und dem Klärschlamm als Konditionierungsmittel zusetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man es in einem lokalen oder regionalen Wasserversor­ gungs-Entsorgungs-Verbund betreibt, wobei Wasseraufberei­ tungsanlage und Kläranlage hygienisch völlig getrennt sind und vorzugsweise in einiger Entfernung voneinander liegen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kalziumkarbonatschlamm dem Klärschlamm mit einem Feststoffanteil von mehr als 30 Gew.% bezogen auf die Gesamtmenge Feststoff zudosiert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Klärschlamm ohne Zugabe eines Flockungsmittels, insbesondere ohne Zugabe von Eisen-III-Chlorid (FeCl₃), konditioniert.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kalziumkarbonatschlamm dem Klärschlamm nach dessen Durchlaufen eines anaeroben Faulprozesses und vor einer mechanischen Entwässerung zudosiert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kaliziumkarbonatschlamm insbesondere unter Einsatz von Silofahrzeugen in pump­ fähigem Zustand von der Wasseraufbereitungsanlage zur Kläranlage verbringt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kalziumkarbonatschlamm unmit­ telbar vom Sumpf eines Abscheiders oder von einem Zwi­ schenbehälter der Wasseraufbereitungsanlage abzieht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kalziumkarbonatschlamm zu einem als Teil der Kläranlage vorgesehenen Schlammstapel­ behälter transportiert.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man dem mit Kalziumkarbonatschlamm versetzten Klärschlamm ein Flockungshilfsmittel zusetzt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als Flockungshilfsmittel kationische Polymere auf Acrylatbasis in einer Menge von vorzugsweise 2 bis 5 Kilogramm pro Tonne Feststoff zusetzt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Entwässerung mittels einer Kammerfilterpresse vornimmt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Zudosierung des Flockungshilfsmittels zwi­ schen der Zugabestation für den Kalziumkarbonatschlamm und der Beschickungspumpe der Kammerfilterpresse vor­ nimmt.