DE3736657A1 - Verfahren zum entwaessern von abwasserschlamm und anlage zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entwässern von Ab­ wasserschlamm, bei dem der pumpfähige oder durch Zerklei­ nern von Feststoffen pumpfähig gemachte Schlamm einer che­ mischen Vorbehandlung mittels Zusatz von Flockungsmitteln unterworfen und durch Pressen zu Schlammkuchen entwässert wird, der einer Verwertung oder Endlagerung zugeführt wird. Das Verfahren bezieht sich ebenso auf Roh- und Faulschlämme der kommunalen Kläranlagen wie auf Industrieschlämme.

Die Erfindung geht von dem Verfahren zum Entwässern von Ab­ wasserschlamm nach der DE-OS 28 38 899 aus, bei dem der zer­ kleinerte und chemisch vorbehandelte Schlamm unmittelbar einer Extraktorpresse zugeführt wird, in der der Schlamm von einer Schnecke von unten nach oben gefördert, also ge­ pumpt wird. Eine chemische Vorbehandlung des Schlammes, ins­ besondere eine solche mit Flockungsmitteln, wird jedoch weit­ gehend wirkungslos, wenn der so behandelte Schlammkuchen einer Pumpwirkung ausgesetzt wird.

Grundsätzlich sind bisherige Schlamm-Entwässerungsverfahren vornehmlich darauf gerichtet, das Volumen des Schlammes weit­ gehend zu reduzieren, um damit Deponievolumen sowie Transport- und Deponiekosten einzusparen, wie auch dem Schlamm eine möglichst hohe Scherfestigkeit zu geben, um die Deponier­ fähigkeit über die Zeit zu garantieren. Dabei erreichen die zur Zeit besten Entwässerungsaggregate, die Kammerfilter­ pressen, maximal nur 32-35% TS (Trockensubstanz). Das Ergebnis ist eine relativ hohe Restfeuchte, die eine De­ ponierbarkeit in Frage stellt. So geht die Entwicklung da­ hin, Klärschlamm unter Zusatz von Primärenergie zu verbren­ nen,d. h. den Schlamm zu vernichten.

Klärschlamm ist jedoch ein zu wertvoller Stoff, um ihn ein­ fach unter Inanspruchnahme von Deponiefläche wegzuwerfen oder zu vernichten, und das noch unter Einsatz von Primär­ energie. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit denen es gelingt, derart hohe Trocknungsgrade zu errei­ chen, daß der erzeugte Schlammkuchen als Energieträger zur Verbrennung, zur Pyrolyse, Ölgewinnung oder als Streudünger verwendet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren, nachdem der chemisch vorbehandelte Schlamm vor dem Pressen unter pumpen­ freier Weiterbeförderung einer Vorentwässerung unterzogen und durch das Pressen soweit zu hartem Schlammkuchen ent­ wässert wird, daß nach einem Zerkleinern des Schlammkuchens Stücke erhalten werden, die in angehäufter Konsistenz form­ beständig bleiben, und daß die beispielsweise über Trocken­ bänder geführten Stücke nachentwässert werden. Diese Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß die Entfernung des Wassers aus einer Schlammasse physikalischen Gesetzmäßigkeiten unterwor­ fen ist, die in den verschiedenen Phasen der Entwässerung unterschiedlich sind. Daher wird der chemisch vorbehandelte Schlamm zunächst unter pumpenfreier Weiterbeförderung, d. h. auf reinem Gravitationsweg, einer Vorentwässerung unterzogen, und zwar auf ca. 20% TS. Die pumpenfreie Weiterbeförderung ist wichtig, um eine Zerstörung der sich unter dem Zusatz eines Flockungsmittels gebildeten Flocken zu vermeiden, so daß der Schlamm in einer Konsistenz der Presse zugeführt werden kann, die eine Entwässerung bis zu 50% TS ermöglicht. Die Entwässerung beim maschinellen Pressen ist soweit zu treiben, daß nach einem Zerkleinern des harten Schlammkuchens Stücke erhalten werden, die eine dritte Stufe, nämlich eine Nachentwässerung bzw. Trocknung über Trockenbänder durch ihre Formbeständigkeit überstehen, wenn sie auf­ einandergehäuft werden. Die Schlammkuchenstücke sollen so hart sein, daß sie nicht zu Klumpen zusammenfallen. Hierdurch ist ein Luftzutritt zu den Schlammkuchenstücken unabhängig von ihrer Anhäufung auf den Trockenbändern sichergestellt, so daß eine Nachentwässerung bzw. Nachtrocknung bis auf etwa 90 bis 95% TS erreichbar ist.

Die hohe Entwässerungsrate von ca. 50% TS durch das maschi­ nelle Pressen wird in einer annehmbar kurzen Zeit erhalten, wenn als Konditionierungsmittel bei der chemischen Vorbehandlung des Schlammes Formaldehyd verwendet wird, wie in der euro­ päischen Patentanmeldung 85 901 537, Veröffentlichungsnum­ mer, beschrieben worden ist.

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Anlage, bestehend aus

• a) einer Station zur chemischen Vorbehandlung mit Behältern für Zusatzmaterialien, Dosierpumpen zum Einleiten der Zusatzmaterialien in eine mit Mischern versehene Schlamm­ leitung,
• b) einer Vorentwässerungsstation mit mindestens zwei etagen­ förmig übereinander angeordneten, zickzackförmig hinterein­ ander geschalteten Vorentwässerungsbändern mit Wannen zum Auffangen des Wassers und Waschanlagen für das Untertrum eines jeden Bandes,
• c) einem Schlammsilo unterhalb der Vorentwässerungsstation, in den der Schlamm durch Gravitation übergeleitet wird,
• d) einer unterhalb des Schlammsilos angeordneten Pressen­ station mit mindestens einer von oben mit vorentwässertem Schlamm beschickbaren Filterpresse,
• e) einer Zerkleinerungsstation zum Zerkleinern des harten Schlammkuchens mit einer Vernudelungsmaschine oder der­ gleichen, um Schlammstücke mit großer Oberfläche zu er­ halten, und
• f) einer Nachentwässerungsstation vorzugsweise mit einer Mehr­ zahl von etagenförmig übereinander angeordneten, zickzack­ förmig hintereinander geschalteten Trockenbändern.

Neben dem pumpenfreien Transport des durch Gravitation vorent­ wässerten Schlammes bis zur Pressenstation ist hervorzuheben, daß mindestens eine Presse, bei größeren zu bewältigenden Schlammengen auch mehrere im Wechsel beschickte Pressen, von oben beschickbar sind, d. h. nicht mittels einer Schlamm­ pumpe. Eine Entwässerungseinrichtung nach der DE-OS 28 44 716 mit ansteigendem Druck in einer Ausführung ohne Speisepumpe wäre verwendbar.

Mit Rücksicht auf die Forderung, daß die mechanische Presse von oben allein durch Gravitation mit vorentwässertem Schlamm beschickt werden muß, wird eine Pressenstation empfohlen, bei der der Schlammsilo mit einer Filterpresse mit schlauch­ förmiger Gummimembrane kombiniert ist, wie in den Patentan­ sprüchen 5 und 7 angegeben und in der Zeichnungsbeschreibung näher erläutert.

Das Zerkleinern des Schlammkuchens z. B. durch eine Vernude­ lungsmaschine ist zweckmäßig, um Schlammkuchenstücke mit großer Oberfläche zu erhalten. Im gegebenen Zusammenhang mit der Führung des Verfahrens, insbesondere mit dem Pressen bis zu etwa 50% TS und der sich daraus ergebenden Formbestän­ digkeit der Stücke, wird die Auslegung einer Nachentwässe­ rungsstation mit einer entsprechenden Anzahl von Etagen von Trockenbändern sinnvoll und die Möglichkeit geschaffen, Rest­ wasser bis zu 90 bis 95% TS durch Verdunsten zu entfernen. Es können auch mehrere Gruppen von übereinander angeordneten Trockenbändern hintereinandergeschaltet werden, wobei es sich empfiehlt, die Nachentwässerungsstation in der kalten Jahreszeit gewächshausähnlich abzudecken und zu temperie­ ren, wozu ein Teil der erhaltenen Trockensubstanz als Ener­ gieträger verwendet werden kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Schlamm­ entwässerungsanlage gemäß der Erfindung dargestellt. Man erkennt eine Gerüstkonstruktion 1 mit mehreren Etagen zur Aufnahme einer Vorentwässerungsstation 2 in der obersten Etage, des Schlammsilos 3 mit integrierter Filterpresse 4 in der mittleren Etage und einer Zerkleinerungsmaschine 5 auf dem Boden. Die Einrichtungen zur chemischen Vorbehand­ lung des Schlammes sowie die Trockenbänder zur Nachentwässe­ rung der die Zerkleinerungsmaschine 5 verlassenden Schlamm­ kuchenstücke sind nicht dargestellt.

Der zu entwässernde Schlamm wird in Pfeilrichtung 6 in ein Konditionierungsgefäß 7 eingeleitet, in dem der chemisch vorbehandelte Schlamm in Bewegung gehalten wird. In der nicht dargestellten Zufuhr für den chemisch vorbehandelten und mit einem Flockungsmittel versetzten Schlamm befindet sich die letzte Pumpe vor bzw. stromaufwärts von den Mischern, in denen der Schlamm mit Flockungsmitteln versetzt wird. Aus dem Konditionierungsgefäß 7 wird der Schlamm durch Über­ lauf auf ein sich drehendes Zellenrad 8 übergeben, das den Schlamm kontinuierlich auf ein oberes Vorentwässerungsband 9 ablegt, das von rechts nach links fördert. Das Förderband 9 ist als Siebband ausgeführt, so daß dem Schlamm eine große Menge Wasser während des Transportes entzogen wird. Der von dem Vorentwässerungsband 9 abgeworfene Schlamm wird über eine Rutsche 10 einem tiefer angeordneten weiteren Vorent­ wässerungsband 11 durch Gefälle zugeführt. Im ganzen sind vier etagenförmig übereinander angeordnete, zickzackförmig hintereinandergeschaltete Vorentwässerungsbänder 10 bis 13 vorgesehen, die mit Wannen zum Auffangen des Wassers versehen sind. Nicht dargestellt sind Waschanlagen für die Untertrums eines jeden Bandes.

Der die Vorentwässerungsstation 2 verlassende Schlamm ist bis auf 20% TS vorentwässert und wird über ein Fallrohr 14 dem Schlammsilo 3 zugeleitet. In diesem Schlammsilo ist ein oben geschlossener und in Bodennähe des Silos mit umfangsver­ teilten Durchgangsöffnungen 15 a versehener Außenzylinder 15 fest eingebaut, der sich weit außerhalb des Schlammsilos 3 erstreckt und in seinem unteren Bereich Teil der Filterpres­ se 4 ist, wie noch erläutert wird. Die umfangsverteilten Durchgangsöffnungen 15 a des feststehenden Außenzylinders 15 innerhalb des Schlammsilos 3 sind durch einen senkrecht ver­ stellbaren Zylinder 16, der innerhalb des Außenzylinders 15 geführt ist, wahlweise abzudecken oder freizugeben. In der dargestellten Höhenlage des verstellbaren Zylinders 16 kor­ respondieren die Durchgangsöffnungen 15 a mit entsprechenden Durchgangsöffnungen des verstellbaren Zylinders 16, so daß der vorentwässerte Schlamm in Pfeilrichtung in das Innere des verstellbaren Zylinders 16, der an seinem oberen Rand 16 a verschlossen ist, eintreten kann. In einer nicht dargestell­ ten angehobenen Stellung des Verstellzylinders 16 sind die Durchgangsöffnungen 15 a abgedeckt.

Auch der höhenverstellbare Zylinder 16 gehört ebenso wie der feststehende Außenzylinder 15 zu der Filterpresse 4. Der verstellbare, quasi als ein Steuerschieber wirkende Zy­ linder 16 ist an seinem unteren Ende über zwei konzentrische Einbauringe 17, 18 mit einem geschlossenen Innenzylinder 19 kleineren Durchmessers verbunden. Dieser Innenzylinder ist von einem aufblasbaren Gummischlauch 20 als Gummimembrane umgeben, der an seinen beiden Enden zwischen Paaren von kon­ zentrischen Einbauringen 17, 18 eingespannt ist. Das nicht erkennbare untere Paar von konzentrischen und miteinander verspannten Einbauringen 17, 18 ist im Gegensatz zu dem obe­ ren Ringpaar ausschließlich von dem geschlossenen Innenzy­ linder 19 getragen, da der verstellbare Zylinder 16 nur bis zu der unteren Kante 17 a des äußeren Einbauringes 17 mit keilförmigem Ringquerschnitt reicht.

Wie schon ausgeführt, ist der feststehende Außenzylinder 16 weit aus dem Schlammsilo 3 hinausgeführt und auf seinem unteren Bereich 15 b mit Löchern 15 c versehen. Der Zylin­ derbereich 15 b ist der gelochte Blechmantel der Filterpres­ se 4, der zwischen sich und der Gummimembran 20 die ringför­ mige Filterkammer 21 bildet. Außen ist der gelochte Be­ reich 15 b von einem Ringraum 22 zur Aufnahme des Filtrats um­ geben, das über die schematisch angedeutete Leitung F ab­ geleitet wird.

Der obere äußere Einbauring 17 ist mit umfangsverteilten Bohrungen 17 b versehen, über die die Filterkammer 21 mit dem geschlossenen Innenraum des verstellbaren Zylinders 16 kommuniziert.

Zur Höhenverstellung des Zylinders 16 samt Einbauringen 17, 18, Innenzylinder 19 und Gummimembran 20 dient eine zentrale Gewindespindel 23, die durch die Zerkleinerungsmaschine 5 hindurchgeführt ist und unten über ein Drucklager 24 abge­ stützt ist. Am oberen Ende ist die Gewindespindel 23 in einer Lagerhülse 25 am Deckel 26 des feststehenden Außen­ zylinders 15 gelagert. Über ein Schneckenrad 27 ist die Gewindespindel 23 drehbar angetrieben, und zwar von einem nicht dargestellten Getriebemotor aus, der innerhalb des feststehenden Außenzylinders 15 angeordnet ist. Der obere innere Einbauring 18, mit dem sowohl der verstellbare Zylin­ der 16 als auch der Innenzylinder 19 mit Gummimembran 20 verbunden ist, ist mit einer feststehenden Mutter 28 verbun­ den, so daß sich eine Drehbewegung der Gewindespindel 23 in einer Höhenverstellung des inneren Teils der Filterpresse mit den Teilen 16 bis 20 auswirkt.

In der Zerkleinerungsmaschine 5 wird der aus der Filter­ presse 4 herabfallende Filterkuchen zerkleinert und in Stücken auf einem Förderband 30 abgelegt, das zu der nicht dargestellten Vernudelungsmaschine und weiter zur Nachent­ wässerungsstation im Freien führt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Schlammentwässerungs­ anlage ist folgende:

Der mit etwa 5 bis 6% TS behaftete zu entwässernde Schlamm wird über die Siebbänder 9 bis 13 innerhalb der Vorentwäs­ serungsstation 2 auf etwa 20% TS entwässert und kontinuier­ lich in den Schlammsilo 3 eingeleitet. Die Filterkammer 21 wird in der dargestellten Höhenlage des Verstellzylinders 16 gefüllt, indem der Schlamm über die aufgesteuerten Durchgangs­ öffnungen 15 a in das Innere des Verstellzylinders 16 und dann weiter über die umfangsverteilten Bohrungen 17 b in die Filterkammer 21 einströmt. Zur Überwindung der Strömungs­ widerstände darf die Bauhöhe des Schlammsilos 3 und auch die Einfüllhöhe des eingeleiteten Schlammes nicht zu niedrig sein, damit im Bereich der Überströmöffnungen ein gewisser statischer Flüssigkeitsdruck vorliegt.

Nachdem die Filterkammer 21 geschlossen ist, die unten durch ein Paar von Ringeinbauten 18, 17 gegenüber dem feststehenden Außenzylinder 15 bzw. dessen Lochmantel 15 c abgedichtet ist, wird der Gummischlauch 20 von innen mit Luft beaufschlagt, so daß er sich aufweitet und den Schlamm gegen den Lochman­ tel 5 c drückt. Das in den äußeren Ringraum 22 eintretende Filtrat wird über die Leitung F abgeleitet. Es versteht sich, daß beim Pressen die Filterkammer 21 gegenüber dem Inneren des Schlammsilos 3 dicht sein muß. Hierzu wird der Verstell­ zylinder 16 soweit aufwärts oder abwärts bewegt, daß seine umfangsverteilten Durchgangsöffnungen nicht mehr mit den Durchgangsöffnungen 15 a des feststehenden Außenzylinders 15 korrespondieren.

Nach Beendigung des Preßvorgangs wird der Innenteil der Rundfilterpresse 4 mit den Teilen 16 bis 20 durch Drehen der Gewindespindel 23 soweit abwärts bewegt, daß die obe­ ren Einbauringe 17 in die gestrichelt dargestellte Posi­ tion 17′ am unteren Ende des feststehenden Außenzylinders 15 gelangen. Hierbei dient die Abstreifkante 17 a des oberen Einbauringes 17 dazu, den an der Innenseite des gelochten Abschnittes 15 b bzw. des vorgeordneten Filtergewebes an­ haftenden Filterkuchen bzw. Schlammkuchen zu lösen. Der Schlammkuchen fällt dann in Stücken abwärts in die Zerkleinerungsmaschine 5. Da bei diesem Vorgang der Verstellzylinder 16 mit seinem oberen Deckel 16 a weit unter­ halb der Durchgangsöffnungen 15 a des feststehenden Außenzy­ linders 15 liegt, sind diese offen. Es kann also Schlamm oberhalb des Deckels 16 a des Verstellzylinders 16 eintreten, der dann aber wieder zurückgedrängt wird, wenn der oben ge­ schlossene Verstellzylinder 16 wieder hochgesteuert wird. Damit der obere Innenraum des Außenzylinders 15, in dem der Antrieb für die Gewindespindel 23 untergebracht ist, nicht mit Schlamm volläuft, ist ein unterer Abschlußdeckel 29 vor­ gesehen. Der verstellbare Zylinder 16 kann auch einen ge­ schlossenen Zylindermantel haben und von dem oberen Einbauring 17 getrennt sein, der dann keine Bohrungen 17 b hat. Bei die­ ser Ausführungsform ist dann der verstellbare Pressen­ teil 17 bis 20 soweit unter Mitnahme des losen Verstell­ zylinders 16 hochzusteuern, daß die Durchgangsöffnungen 15 b unterhalb des Einbauringes 17 unmittelbar mit der Filter­ kammer 21 kommunizieren. Beim Pressen und beim Abstreifen des Filterkuchens durch die Abstreifkante 17 a bleibt der Zylinder 16 in der in der Zeichnung dargestellten Höhen­ lage durch Anschlag fixiert, die die untere Höhenlage und zugleich die Schließlage ist.

Claims (7)

1. Verfahren zum Entwässern von Abwasserschlamm, bei dem der pumpfähige oder durch Zerkleinern von Feststoffen pumpfähig gemachte Schlamm einer chemischen Vorbehand­ lung mittels Zusatz von Flockungsmitteln unterworfen und durch Pressen zu Schlammkuchen entwässert wird, der einer Verwertung oder Endlagerung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der chemisch vorbehandelte Schlamm vor dem Pressen unter pum­ penfreier Weiterbeförderung einer Vorentwässerung unter­ zogen und durch das Pressen soweit zu hartem Schlamm­ kuchen entwässert wird, daß nach dem Zerkleinern des Schlammkuchens Stücke erhalten werden, die in angehäuf­ ter Konsistenz formbeständig bleiben, und daß die Schlamm­ kuchenstücke nachentwässert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Konditionierungsmittel Formaldehyd verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm vor dem Pressen auf etwa 20% TS (Trocken­ substanz), durch das Pressen auf etwa 50 TS und nach dem Pressen auf etwa 90 bis 95% TS entwässert wird.

4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch

• a) eine Station zur chemischen Vorbehandlung mit Behäl­ tern für Zusatzmaterialien und Dosierpumpen zum Ein­ leiten der Zusatzmaterialien in eine mit Mischern versehene Schlammleitung (6),
• b) eine Vorentwässerungsstation (2) mit mindestens zwei etagenförmig übereinander angeordneten, zickzackförmig hintereinander geschalteten Vorentwässerungsbändern (9 bis 13) mit Wannen zum Auffangen des Wassers und Wasch­ anlagen für das Untertrum eines jeden Bandes,
• c) einen Schlammsilo (3) unterhalb der Vorentwässerungs­ station (2), in den der Schlamm durch Gravitation über­ geleitet wird,
• d) eine unterhalb des Schlammsilos angeordnete Pressen­ station mit mindestens einer von oben mit vorentwäs­ sertem Schlamm beschickbaren Filterpresse (4),
• e) eine Zerkleinerungsstation (5) zum Zerkleinern des harten Schlammkuchens mit einer Vernudelungsmaschine oder dergleichen, um Schlammstücke mit großer Ober­ fläche zu erhalten und
• f) eine Nachentwässerungsstation.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schlammsilo (3) ein oben geschlossener und in Boden­ nähe mit umfangsverteilten Durchgangsöffnungen (15 a) ver­ sehener Außenzylinder (15) fest eingebaut ist, in dem ein senkrecht verstellbarer Zylinder (16) zum wahlweisen Abdecken und Freigeben der Durchgangsöffnungen geführt ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Außenzylinder (15) sich bis außerhalb des Schlammsilos (3) erstreckt und auf seinem unteren Ab­ schnitt (15 b) mit Löchern (15 c) versehen und von einem Ringraum (22) zur Aufnahme des Filtrats umgeben ist, und der verstellbare Zylinder (16) an seinem unteren Ende über zwei konzentrische Einbauringe (17, 18) mit einem geschlossenen Innenzylinder (19) kleineren Durchmessers verbunden ist, der von einem aufblasbaren Gummi­ schlauch (20) umgeben ist, der an seinen beiden Enden zwischen Paaren von konzentrischen Einbauringen (17, 18) eingespannt ist, daß die zwischen dem Gummischlauch (20) und dem gelochten Abschnitt (15 b) des feststehenden Außen­ zylinders (15) gebildete ringförmige Filterkammer (21) über Bohrungen (17 b) im äußeren, oberen Einbauring (17) mit dem Innenraum des verstellbaren Zylinders (15) kom­ muniziert, und daß der obere Einbauring (17) mit einer Abstreifkante (17 a) zum Lösen des am gelochten Ab­ schnitt (15 b) des feststehenden Außenzylinders (15) an­ haftenden Filterkuchens versehen ist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem oberen Paar von Einbauringen (17, 18) ge­ trennte und mit geschlossenem Zylindermantel ausge­ führte verstellbare Zylinder (16) durch die Höhenver­ stellung des verstellbaren Pressenteils (17-20) mit­ telbar aus einer durch Anschlag fixierten unteren Schließlage soweit anhebbar ist, daß die Durchgangs­ öffnungen (15 a) des feststehenden Außenzylinders (15) unmittelbar mit der Filterkammer (21) kommunizieren.