DE4110950A1

DE4110950A1 - Verfahren zur aufarbeitung von gewaessersedimenten

Info

Publication number: DE4110950A1
Application number: DE4110950A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr Mueller; Holger Gabel; Werner Kautschor; Gerhard Leib; Klaus Dr Kahle; Wolfgang Krauke; Uwe Schroeder
Original assignee: ZGE DUENGESTOFFE GROSS KREUTZ
Current assignee: ZGE DUENGESTOFFE GROSS KREUTZ
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1992-10-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer grob krümeligen bis grobfaserigen Erdenmischung bzw. von Erdengranu lat mit einstellbaren, variablen Mischungsrezepten, definiertem Kornband und Kornfestigkeit aus durch Ausbaggern gewonnenem Ge wässersediment und Zusätzen aus Hoch- oder Niedermoortorf oder Kompost und Rindenabfällen oder Kartonagen und Kunststoffabfäl len, um die Qualitätsmerkmale und das Handling dieser Naturdün gemittel gegenüber bisher hergestellten organischen Düngemitteln zu verbessern.

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, wo Klärschlämme mit ver schiedenen Zusätzen zu granulierten organischen Düngemitteln aufgearbeitet werden. In der Patentschrift DE 28 17 537 wird ein Verfahren zur Herstellung eines biologischen Düngemittels aus Klärschlamm, Rotschlamm und Sulfitablauge unter Zugabe eines Oxidationsmittels beschrieben. Nach DE 35 18 905 wird zur Herstel lung eines organischen Düngemittels Klärschlamm mit Kalk ver mischt und vor der Granulierung einer Wärmebehandlung bei 350°C bis 500°C unterzogen. Nach DE 31 28 673 wird Klärschlamm mit Branntkalk gemischt und pelletisiert, dabei die Löschwärme zur Sterilisation verwendet. DE 29 33 565 beschreibt eine gesonderte Wärmebehandlung unter Lufteinblasen in Klärschlamm in speziellen Behältern. In der Patentschrift DE 20 33 508 wird ein Verfahren zur Herstellung eines granulierten organischen Rasendüngemittels beschrieben. Erfindungsgemäß wird ein Faulschlamm entwässert, mit Sand, Kalk und Ton vermischt und diese Mischung mit Spalt- und Lochprassen verpreßt. In der Patentschrift US 11 44 305 wird die Herstellung eines granulierten Klärschlammes nach dem Wälz druckverfahren beschrieben.

Alle diese Verfahren sind sehr aufwendig, sie erfordern im Nor malfall eine besondere Temperaturbehandlung bzw. Druckbehandlung der Klär- und Faulschlämme, um eine Sterilisation und Verdich tung dieser Schlämme zu erreichen. Auf den Einsatz eines Binde mittels wie Sulfitablauge, Stärke, Dextrine, Äthylcellulose, Carboxylmethylcellulose und Netzmittel wird zumeist noch geson dert verwiesen (BRD-AS 11 45 193). Diese Bindemittel haben aber zumeist einen negativen Einfluß auf das Wachstum verschiedener Pflanzen. Nach DE 3 62 28 111 wird ein Bodenaufbesserungsmittel für Waldböden ein nähr- und humusreicher Flußschlamm aus dem Neckar eingesetzt, ohne daß eine spezielle Aufbereitung bzw. Granulierung dieses Flußschlammes erfolgt.

Gewässersediment direkt auf landwirtschaftliche Flächen ausge bracht oder für gärtnerische Zwecke eingesetzt, führt zu keinem befriedigenden Ergebnis.

Durch kompakte Struktur des Schlammes ist aber eine schlechte Bodenentlüftung und geringe Wasserspeicherkapazität von Nach teil. Trocknet der Schlamm, kommt es zu irreversiblen Verklum pungen. Die Verklumpungen bleiben auch nach einer Wiederbe feuchtung durch Regenperioden hart und können nicht mehr aus einanderfallen. Andererseits führt frischer Schlamm bei anhal tender Feuchteeinwirkung zur Verschlämmung.

Ziel der Erfindung ist es, aus Gewässersedimenten unter Zusatz von gerüstbildenden Substanzen, wie Rinde, Torf, Kompost, u. a. grobfaseriges, granuliertes, poröses, saug- und rieselfähiges Erdengranulat bzw. nährstoffreiche Erde mit hohen Gebrauchs werteigenschaften, die beim Ausbringen keine Entmischung zeigen und als Erdschüttung stabil bleiben, herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne aufwendige Vor bereitungsstufen, Zusatz von Bindemitteln und aufwendige Preß verfahren aus Gewässersedimenten unter Zugabe von gerüstbilden den Zusatzstoffen eine rieselfähige, granulierte, poröse, saug fähige Granulaterde herzustellen.

Fluß- und Seeschlämme haben gegenüber Klärschlämmen andere che mische und physikalische Eigenschaften, so daß die bekannten Verfahren nicht übertragen werden können.

Es wurde überraschend gefunden, daß die Schlammstruktur von Ge wässersedimenten nach ihrem Anfall in feuchtem Zustand durch Mischen mit einem organischen stückigen, faserigen oder flocki gen Material von großer Oberfläche und geringem Feuchtegehalt zerstört und dieses Gemisch dann nach bekannten Verfahren ge mischt, granuliert und getrocknet wird. Erfindungsgemäß wird daher wie folgt vorgegangen: Das Gewässersediment wird mit Seilzuggreifern oder -baggern aus bis zu 17 m tiefen Sediment schichten gefördert, ohne daß die zumeist mit Schwermetallen angereicherte obere Deckschicht von max. bis 2 m mit abgebaut wird. Damit wird vermieden, daß die zulässigen Grenzwerte für Schwermetalle im geförderten Gewässersediment überschritten werden. Gleichzeitig gelangt die mit Schwermetal len und Schwefelwasserstoffverbindungen angereicherte obere Se dimentschicht in tiefere Schichten, wird sicher verwahrt und dadurch der Sauerstoffentzug im Gewässer unterbrochen. Das Ge wässersediment wird dann auf Freilager gebracht und nach einer Lagerung von 2 bis 10 Wochen eine Absenkung der Feuchte von ca. 85% auf ca. 50% erreicht.

Erfindungsgemäß wird aus dem Gewässersediment, vorzugsweise mit einem CaCO₃-Anteil zwischen 8 und 70%, einem Kohlen stoff/Stickstoff(C/N)-Verhältnis von 10 bis 20 : 1 und einem pH-Wert von 6,5 bis 7,5, welches durch seine Schlammstruktur bedingt nach dem Ausbringen durch Austrocknung zu irreversiblen Verklumpungen bzw. bei anhaltender Feuchteeinwirkung zu Ver schlämmungen führt, mit faserigen, flockigen, gerüstbildenden Materialien, wie Rinde, Hoch- oder Niedermoortorf, Kartonagen, vermischt und granuliert, eine formbeständige, saugfähige und wasserspeichernde, grobkrümelige Erdenmischung bzw. ein Erden granulat hergestellt. Torf- und Rinde als gerüstbildende Sub stanzen sind für diesen Zweck am besten geeignet, es können aber auch Abfallkartonagen und ökologisch unbedenkliche Kunst stoffabfälle verwendet werden. Die Ausgangsfeuchte dieser ge rüstbildenden Materialien sollte zweckmäßigerweise unter 20% liegen. Bei Einsatz von Torf- und Rindenmaterial ist es erfor derlich, diese Materialien vor der Vermischung mit Gewässer sediment aufzuschließen. Der Aufschluß von Torf kann in einem Reißwolf erfolgen. Zum Aufschluß von Rinde sind spezielle Prallmühlen oder Schlagmühlen einzusetzen, die die Rindenstücke in faserige, gerüstbildende, bis 8 mm lange Teilchen zerlegen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile der zu mischenden Hauptkomponenten in folgenden Verhältnissen vor liegen:

Bei Bedarf können zur Erhöhung des Nährstoffgehaltes der Mi schung bis maximal 5% anorganische feinpulvrige Düngekomponen ten, wie z. B. Kali, Phosphor, Stickstoff, zugegeben werden. Der kritische Granulierfeuchtebereich liegt im Bereich von 44% bis 48%. Die Vermischung und Granulierung der Komponenten erfolgt nach bekannten Misch-, Schleuder-, Wirbel- und Rollverfahren in schnellaufenden Zwangsmischern, Trommeln und Granuliertellern, die Zwischenschaltung eines Passiersiebes ist dabei von Vorteil.

Die nach dem Mischen und/oder Pelletisieren erzeugte Erde bzw. das Erdegranulat weist noch einen verhältnismäßig hohen Feuchte gehalt von 40 bis 50% auf. In diesem Fall sieht die Erfindung die Möglichkeit vor, zur Gewährleistung der Freifließbarkeit das Granulat einer Trocknung zu unterziehen, die vorteilhaft im Wir belbett durchgeführt wird. Es reicht aus, wenn die Trocknung so weit geht, daß das Fertigprodukt keine fühlbare Oberflächen feuchte aufweist. Auf diese Weise können die Aufwendungen für die Trocknung verhältnismäßig klein gehalten werden. Anderer seits liegt das Produkt jedoch in einer Form vor, die in bezug auf alle anschließenden Vorgänge, wie Lagern, Verladen, Abpacken, keinerlei Schwierigkeiten bereitet und eine gute Handhab barkeit gewährleistet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt die Herstellung eines leicht handhabbaren, rieselfähigen, porösen, saugfähigen, granulierten, organischen Erdengranulates im Körnungsband von 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise 0,5 bis 6 mm. Bei Ausschaltung der Pelletiereinrichtungen kann bei Bedarf durch einfaches Mischen der Komponenten eine Düngererde hergestellt werden. Der granu lierte organische Naturdünger besitzt ein hohes Wasseraufnahmevermögen, ohne daß die Granalien zerfallen. Die Nährstoffabgabe erfolgt allmählich über längere Zeit an den Boden und es erfolgt kein Wegspülen bei Regen im Erdreich. Als komplette Erdschicht ist das Erdengranulat stabil. Diese Erdschicht sorgt für eine lockere Bodenstruktur, fördert die Bodendurchlüftung und Ausbil dung eines guten Wurzelwerkes. Besonders geeignet ist diese Erd schicht zur Begrünung von rekultivierten Flächen.

Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen näher erläutert; wobei die speziellen Mischungsrezepturen und die Eigenschafts merkmale der Granulate und Erden der folgenden Tabelle für die Beispiele 1 bis 5 zu entnehmen sind.

Beispiel 1

Ein kalkarmes Gewässersediment wird durch quasikontinuierlichen Fördervorgang mit Greiferkorb-Baggern gewonnen. Der Greifer wird schnell mit losem Seil abgesenkt. Dabei durchschlägt er die dem nacheiszeitlichen Gewässersediment aufliegende lockere Schlamm schicht und lockert dieselbe zusätzlich auf. Erst nach dem Auf setzen auf dem Gewässerboden wird der Greiferkorb geschlossen und erfaßt dadurch nur dichtes Gewässersediment. Der Greifer entleert in Last-Schuten. Nach der Anlandung mittels Greiferentladung wird das frisch gewonnene Gewässersediment auf Freiflä chen in einer Schütthöhe bis 1,5 m ausgebracht. Durch natürliche Entwässerung wird die Ausgangsfeuchte nach einer Lagerung von 8 Wochen von ca. 85% auf ca. 50% reduziert. Dieses abgelagerte, kalkarme Gewässersediment wird für die Herstellung von Erdengra nulat in nachfolgenden Mischungen eingesetzt:

50 Vol.-Teile abgelagertes, homogenisiertes Gewässersediment

Feuchtegehalt\|48%
Schüttdichte	800 kg/m³
pH-Wert	6,7
CaCO₃-Gehalt	12%
C/N-Verhältnis	15 : 1

50 Vol.-Teile Hochmoortorf

Feuchtegehalt\|45%
Schüttdichte	400 kg/m³

Das abgelagerte homogenisierte Gewässersediment und der Hoch moortorf werden mengenproportional in einen horizontalen Wellen mischer von 600 mm Durchmesser eingetragen und im kontinuierli chen Durchlauf bei 75 U/min durch die entsprechend gestalteten Mischwerkzeuge gemischt und zu einem lockeren Erdengranulat ge formt. Der Granuliervorgang wird über die Einstellung der er forderlichen Granulierfeuchte durch Aufdüsen von Zusatzwasser gesteuert. Die Verfestigung der gebildeten lockeren Granalien erfolgt in einer nachgeschalteten Granuliertrommel von 2 m Durchmesser bei 7 U/min im kontinuierlichen Rollvorgang. Durch eine nachfolgende Reduzierung der Granulatfeuchte um ca. 5% in einem Wirbelbett-Trockner mit Verbrennungsgasen von 300-350°C wird ein lagerstabiles, elastisches und freifließendes Erdengra nulat im Körnungsband 0,1 bis 10 mm hergestellt.

Beispiel 2

Abgelagertes, kalkarmes Gewässersediment (Gewinnung nach Bei spiel 1) zur Herstellung eines Erdengranulates mit Nährstoffzu satz in nachfolgender Mischung:

50 Vol.-Teile abgelagertes, homogenisiertes, kalkarmes Gewässersediment nach 2 Wochen Lagerzeit

Feuchtegehalt\|65%
Schüttgewicht	850 kg/m³
CaCO₃-Gehalt	12%
pH-Wert	6,5
C/N-Verhältnis	12 : 1

30 Vol.-Teile Kompost

Feuchtegehalt\|45%
Schüttgewicht	400 kg/m³

20 Vol.-Teile feinschrotige Rindenabfälle

Feuchtegehalt\|15%
Schüttgewicht	200 kg/m³

Zusatz:
0,3 Vol.-Teile Komplex-Dünger der Formulierung NPK 15 : 15 : 15

Die Herstellung erfolgt analog der Technologie im Beispiel 1.

Beispiel 3

Baggerfrisches, kalkarmes Gewässersediment (Gewinnung nach Bei spiel 1) wird für die Herstellung von Erdengranulat in nachfol gender Mischung eingesetzt:

50 Vol.-Teile baggerfrisches, homogenisiertes Gewässersediment

Feuchtegehalt\|70%
Schüttdichte	900 kg/m³
CaCO₃-Gehalt	16%
pH-Wert	6,5
C/N-Verhältnis	12 : 1

50 Vol.-Teile zerfaserte Kartonagenabfälle

Teilchengröße\|0-5 mm
Schüttdichte	200 kg/m³
Feuchtegehalt	<5%

Die zerfaserten Kartonagenabfälle (aufbereitet analog Rindenab fälle gemäß Beispiel 2) werden in einem diskontinuierlich lau fenden Wellenmischer vorgelegt und durch gleichmäßige Zugabe der Gewässersedimentmenge wird innerhalb von ca. 1 Minute Mischzeit bei 65 U/min der Mischwerkzeuge ein lockeres Vorgranulat er zeugt. Nach Ablauf des Mischzyklus wird das Vorgranulat in einen Pufferbehälter entleert und einer Granuliertrommel mit 2 m Durchmesser kontinuierlich zugeführt. Bei 7 U/min der Granulier trommel wird ein verdichtetes Granulat mit 48% Feuchte erzeugt. Die Feuchte wird in einem nachgeschalteten Wirbelschichttrockner (analog Beispiel 1) um 5% reduziert und ein lager- und trans portstabiles Granulat im Körnungsband 0-10 mm mit vergleich baren Eigenschaften wie in den Beispielen 1 und 2 erzeugt.

Beispiel 4

Baggerfrisches, kalkreiches Gewässersediment (Gewinnung nach Beispiel 1) wird für die Herstellung von organischem Erdengranu lat mit Nährstoffzusatz in nachfolgender Mischung eingesetzt:

55 Vol.-Teile baggerfrisches, homogenisiertes, kalkreiches Gewässersediment

Feuchtegehalt\|65%
Schüttdichte	850 kg/m³
CaCO₃-Gehalt	60%
pH-Wert	7,5
C/N-Verhältnis	20 : 1

18 Vol.-Teile Kompost

Feuchtegehalt\|45%
Schüttdichte	450 kg/m³

12 Vol.-Teile feinschrotiger Rindenabfall

Schüttdichte
300 kg/m³
Teilchengröße	0-6 mm

5 Vol.-Teile Komplex-Dünger (NPK 15 : 20 : 15)

10 Vol.-Teile gemahlener Dolomit

Schüttdichte
1,235g/m³
Teilchengröße	90%<0,125 mm

Die Verarbeitung erfolgt analog dem Beispiel 3. Die Nährstoffe werden zusammen mit den Rinden- und Kartonagenabfällen und vor Zugabe des Seeschlammes in einem Wellenmischer 15 s intensiv durchmischt. Es entsteht ein Rohgranulat mit 45% Feuchte. Zum Erreichen der Lager- und Transportstabilität erfolgt eine Redu zierung der Feuchte im Wirbelschichttrockner um ca. 5%. Nach dieser Verfahrensweise wird ein festes, elastisches, stabiles Granulatkorn im Körnungsbereich 0,5-6,0 mm erzeugt.

Beispiel 5

Baggerfrisches, kalkarmes Gewässersediment (Gewinnung nach Bei spiel 1) wird für die Herstellung von nährstoffhaltiger Erde in nachfolgender Mischung eingesetzt:

50 Vol.-Teile baggerfrisches, homogenisiertes, kalkarmes Gewässersediment

Feuchtegehalt\|70%
Schüttgewicht	900 kg/m³
pH-Wert	6,8
CaCO₃-Gehalt	20%
C/N-Verhältnis	15 : 1

25 Vol.-Teile feinschrotige Rindenabfälle

Feuchtegehalt\|<15%
Schüttgewicht	300 kg/m³
Teilchengröße	<6 mm

15 Vol.-Teile Niedermoortorf

Wassergehalt\|60%
Schüttgewicht	400 kg/m³

10 Vol.-Teile Styroporabfälle

Teilchengröße\|<6 mm
Schüttdichte	100 kg/m³

Zusatz:
0,3 Vol.-Teile NPK-Dünger 15 : 15 : 15

Die Rindenabfälle, Niedermoortorf und die Styroporabfälle werden einem kontinuierlich arbeitenden Doppelwellenmischer mit einem Durchmesser von 600 mm und 75 U/min mengenproportional und kontinuierlich zugeführt und im Durchlauf des ersten Drittels des Doppelwellenmischers bei einer Verweilzeit von 20 s intensiv durchmischt. Nach 1/3 der Mischerlänge, vom Eintrag gerechnet, wird der Seeschlamm mengenproportional zugeführt und im weiteren Durchlauf des Doppelwellenmischers mit den homogenisierten Zu satzstoffen zu einer grobkrümeligen Erde verarbeitet. Diese Erde ist ohne weitere Behandlung zum Lagern und weiteren Versand ge eignet. Diese Erde mit einem Schüttgewicht von 500 kg/m³ und einem Feuchtegehalt von 40% bewirkt eine lockere Bodenstruktur und fördert die Bodendurchlüftung und Ausbildung eines guten Wurzelwerkes.

Claims

1. Verfahren zur Aufarbeitung von Gewässersedimenten, insbeson dere von Schlämmen im pH-Wertbereich 6,5 bis 7,5 und mit einem CaCO₃-Anteil zwischen 8 und 70% sowie einem Kohlen stoff-Stickstoff-Verhältnis von 10 bis 20 : 1, zu grobkrüme liger, nährstoffreicher Erde bzw. Erdengranulat, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schlammstruktur nach der Gewinnung des Sedimentes durch Ablagerung und nachfolgendes Mischen mit or ganischem gerüstbildendem Material von großer Oberfläche, wie feinschrotige Rinde und/oder Hoch- bzw. Niedermoortorf, Kom post, Kartonagenabfälle und Styropor, in einer Menge von 5 bis 50% bezogen auf die Menge des Gewässersedimentes, wobei der Feuchtegehalt von 80 bis 85% auf 40 bis 60% verändert wird sowie gegebenenfalls mineralische Nährstoffe zugesetzt werden und dieses Gemisch nach bekannten Schleuder-, Wirbel- und Rollverfahren granuliert sowie abschließend teilweise auf Feuchtigkeitsgehalte < 45% getrocknet wird, um bei Lagerung und Transport des Fertigproduktes Verklebungen und Verklumpun gen zu vermeiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die in der Mischung eingesetzte Rinde, Kartonage und Styroporabfälle einer speziellen Aufbereitung in einer Prallmühle oder einem ähnlichen Mühlentyp unterzogen wird, wobei ein gerüstbilden des, faseriges Material bis 8 mm Faserlänge anfällt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Ge wässersediment mit Seilzuggreifern oder -baggern aus 3-17 m tiefen Sedimentschlammschichten gewonnen wird, ohne daß die mit Schwermetallen angereicherte obere Deckschicht von max. 1 m Dicke mit abgebaut wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß zur Er höhung das Nährstoffgehaltes der Mischung anorganische Dünge komponenten, wie Kali, Phosphor und Stickstoff, in Mengen bis zu 5% auf die Gesamtmischung zugesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß als Misch- und Granulieraggregate bevorzugt horizontale Wellen mischer, Doppelwellenmischer, Turbulentmischer im kontinuier lichen und diskontinuierlichen Durchlaufen eingesetzt werden und in diesen Aggregaten das Gewässersediment, die feinschro tige Rinde und die Torfkomponente ca. 20-30 Sekunden bei 60-75 U/min gemischt werden bis ein krümeliges feines Erd granulat anfällt, das anschließend einer Granuliertrommel als Granulierkeim bei 6-10 U/min oder einem Granulierteller auf gegeben wird, wobei bis zu 10% der Ausgangsmaterialien noch zusätzlich in der Granuliertrommel bzw. auf dem Granuliertel ler zugegeben werden können, bis das Granulat die vorgegebe nen Parameter (Korngröße, Feuchte) erreicht.

6. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Trocknung zum Fertigprodukt in einer Wirbelbettanlage bei Tem peraturen von 300 bis 350°C sowie Luftgeschwindigkeiten von 0,5 bis 0,8 m/s erfolgt.