DE4115804A1 - Vorrichtung zum behandeln von waessrigen pastoesen massen - Google Patents

Description

Bei einer hohen Anzahl von chemischen, insbesondere biochemischen, Verfahren fallen als Produkte, jedoch noch öfter als unerwünschte Nebenprodukte, pastöse Massen an, die ein feinteiliges brennba­ res Material aufweisen. Sollen diese pastösen Massen nicht un­ mittelbar einer weiteren naßchemischen Reaktion zugeführt wer­ den, sondern gelagert oder oxidativ in ihrem Volumen reduziert werden, so ist eine Trocknung angebracht.

Eine typische derartige pastöse Masse stellt der sogenannte Faul­ schlamm aus biologischen Abwasserkläranlagen dar. Faulschlamm weist neben den organischen Substanzen auch noch einen relativ hohen Gehalt an Schwermetallen auf, so daß der ursprünglich breit vorgesehene Einsatz von Klärschlamm für Düngezwecke in der Land­ wirtschaft nicht mehr in der vielfachen Form verwendet wird. Ur­ sache dafür ist nicht die absolut gesehene Konzentration der Schwermetalle, sondern daß die Schwermetalle aus dem Zyklus Mensch/Tier/Düngemittel aus biologischer Abwasseranlage und Pflanze nicht vollständig ausgeschieden werden, so daß eine stetige Anreicherung der Schwermetalle stattfindet. Aus dieser Gegebenheit ist es empfehlenswert, zumindest einen Teil der Klärschlämme aus dem Kreislauf herauszuziehen und einer anderen Verwertung zuzuführen.

Diese Verwertung kann auf verschiedene Weise erfolgen, doch ist, zur Erleichterung von Lagerhaltung und/oder Transport meist dazu eine vorgängige Trocknung nötig. Beispielsweise kann die Verwer­ tung auf oxydativem Wege durchgeführt werden, da die Trockensub­ stanz des Klärschlammes einen Heizwert aufweist, welcher in etwa jenem einer Braunkohle entspricht. Die bei der Verbrennung anfallende Wärme kann entweder für den Trocknungsprozeß des Klärschlammes oder auch zur weiteren Energieverwertung, z. B. Fernwärme, elektrische Energieumwandlung od. dgl., eingesetzt werden.

Bei der Trocknung von Klärschlämmen, aber auch anderer wäßriger pastöser Massen, kommt es fast unvermeidlich zur Staubbildung. Gerade dann, wenn es sich um Materialien handelt, die einer Oxy­ dierung zugänglich sind, wie Klärschlamm, ist dann stets die Ge­ fahr von Staubexplosionen gegeben, und zwar je mehr die Trocknung vorwärtsschreitet.

Nun wurden allerdings verschiedene Vorschläge gemacht, um Schäden zu vermeiden. Einerseits wurden die dafür eingesetzten Anlagen vielfach mit Explosionsschutzklappen ausgerüstet, anderseits wurde bereits der Versuch unternommen, die Trocknung unter sol­ chen Bedingungen zu betreiben, daß eine höhere Korngröße er­ reicht wird, wodurch die Explosionsgefahr vermindert werden kann, Allerdings ist dies nur in manchen Fällen durchführbar, wenn die dazu nötigen Randbedingungen hinsichtlich der Wahl des Ausgangs­ materials und allfälliger Zutaten genau eingehalten werden kön­ nen. Klärschlamm ist aber eine Substanz, deren Konsistenz sich von Ort zu Ort, aber auch mit der Jahreszeit und mit dem Wechsel von Gepflogenheiten verändert, so daß der Erhalt höherer Korn­ größen nicht immer gewährleistet ist.

Zur Vermeidung der Brand- und Explosionsgefahr ist es ebenfalls bereits bekannt, derartige Trockneranlagen unter Inertgas zu betreiben. Die Betriebskosten derartiger Anlagen sind jedoch so hoch, daß ein breiter Einsatz kaum gewährleistet ist. Weiters besteht die Gefahr, daß die getrockneten partikulierten und teilweise staubförmigen Massen unmittelbar nach Verlassen der Anlage die unerwünschten Glimmbrände und gefährlichen Staubex­ plosionen verursachen. Allerdings ist damit eine gasdichte Füh­ rung der, nicht immer billigen, Inertgase verbunden, was die Kosten einer entsprechenden Anlage erhöht.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Vorrichtung zur Behandlung von wäßrigen pastösen Massen, insbesondere brennbarer feinteiliger Materialien zu schaffen, die besonders störungsfrei arbeitet und mit welcher eine kontinuierliche Arbeitsweise kostengünstig gewährleitet ist. Da, wie bereits ausgeführt, während des Trocknungsprozesses der pastösen Masse brennbare Substanzen entstehen, muß dafür Sorge getragen werden, daß neben Glimmbränden auch die überaus gefürchteten Staubexplosionen vermieden werden können. Erfindungsgemäß gelingt dies entspre­ chend den Merkmalen des Anspruches 1.

Durch die Erfindung werden mehrere Aufgaben erfüllt. Die Anlage gestattet eine kontinuierliche Arbeitsweise, wobei die Ent­ wässerung des Schlammes mit einem relativ geringen Energieaufwand erreicht wird und die Betriebskosten der Anlage für einen sicheren Betrieb gering gehalten werden. Der Grund hiefür liegt darin, daß durch den dichten Anschluß an den Trockner bereits dessen Brüden eine Inertgasatmosphäre schaffen, die - ohne weite­ re Kosten - einen mindestens teilweisen Schutz gegen unerwünschte Oxydation, d. h. vor allem gegen Staubexplosionen, bewirken.

Ferner hat sich die Verwendung eines Rohrkettenförderers aus mehreren Gründen als guter Explosionsschutz herausgestellt, die - angesichts der Bekanntheit solcher Förderer - eigentlich über­ raschen muß. Zum einen bedingt ein Rohrkettenförderer ein ge­ schlossenes Rohr, in dem sich die Förderkette bewegt. Daher ist bereits dadurch der Zutritt von Sauerstoff hintangehalten. Dazu kommt, daß eine solche Förderkette den Raum des Förderrohres durch ihre Mitnehmer in einzelne, relativ kleine Kammern unter­ teilen kann, wie dies im Anspruch 5 zum Ausdruck gebracht ist, wobei diese Unterteilungen bewirken, daß sich eine allfällige Druckvergrößerung nicht ungehemmt auswirken kann, wenn es überhaupt zu einer solchen kommen sollte.

Auch die Ausgestaltung nach Anspruch 2 ist an sich überraschend, denn es erscheint auf den ersten Blick nicht sinnvoll, die eben erst getrocknete Masse im Anschluß daran wieder zu befeuchten. Dies aber hat im Rahmen der Erfindung den besonderen Zweck, die durch die Trocknung geschaffenen Feinteile durch Zugabe von Feuchtigkeit (und allenfalls von Bindemittel in geringen Mengen) zu granulieren und damit die durchschnittliche Korngröße heraufzusetzen, z. B. auf 0,4 mm, so daß ein weiterer Schritt in Richtung auf einen erhöhten Explosionsschutz getan wird.

Eine zusätzliche Maßnahme zur Betriebssicherheit, aber auch zur Kostenreduktion kann in den Merkmalen des Anspruches 4 gelegen sein, da nun ein Rohrkettenförderer mehreren Funktionen dienen mag.

Die Erfindung kann in der unterschiedlichsten Weise ausgebildet werden. So wird durch die Vorschaltung eines Vorlagebehälters für die kontinuierliche Entwässerungseinrichtung dem diskontinuier­ lichen Anfall der wäßrigen pastösen Massen Rechnung getragen, wobei durch die mechanische Entwässerungseinrichtung, wie sie beispielsweise durch eine Zentrifuge gegeben ist, ein besonders geringer energetischer Aufwand gegeben ist, da keine Verdampfung des flüssigen Dispersionsmittels erforderlich ist. Durch die Verbindung der Ausgangsöffnung der mechanischen Entwässerungsein­ richtung mit einem Zwischenbehälter, wird wieder der Möglichkeit von unterschiedlichen Durchsatzmengen Rechnung getragen, so daß auch bei geringerer Leistung der mechanischen Entwässerungsein­ richtung ein kontinuierlicher Betrieb des Förderer und damit des Trockners gewährleistet ist. Durch den Befeuchter wird erreicht, daß die staubförmigen Partikelchen aus ihrer in der gasförmigen Phase befindlichen Position auf der festen Phase abgeschieden werden, so daß die Teilchengröße, welche für eine Staubexplosion maßgeblich ist, über die Explosionsgrenzen angehoben wird. Mit der an den Befeuchter anschließenden Kühlstrecke wird auch verhindert, daß in einem anschließenden Vorratsbehälter, Transportbehälter oder Behandlungsbehälter Glimmnester aufgrund der erhöhten Temperatur nach dem Trockner eintreten können. Bei Ausbildung des Befeuchters als Förderorgan, insbesondere Ket­ tenförderer, in welchen ein bindemittelhaltiges Wasser einge­ sprüht wird, wird auch im Befeuchter, insbesondere beim Eingang, eine Verhinderung von Glimmnestern und Staubexplosionen, die sich ausbreiten, erreicht, wobei durch das bindemittelhaltige Wasser ein besonders vorteilhafter Niederschlag der Staubelemente auf die bereits fest vorliegenden Trockensubstanzen gewährleistet ist.

Mit einer druckfesten Bauweise, insbesondere mit - wegen der größeren Festigkeit - runden Querschnitten, bei dem Trockner und/oder Rohrkettenförderer und/oder Befeuchter, ist sicherge­ stellt, daß bei Verpuffung und Explosionen keine auch nur die geringfügigste Zerstörung der einzelnen Vorrichtungen bedingt ist, so daß auch bei unerwünschten Betriebsstörungen der einwand­ freie Betrieb erreicht werden kann.

Weisen der Trockner und/oder der Rohrkettenförderer und/oder der Befeuchter Berstscheiben, Explosionsklappen od. dgl. auf, so ist ein Zerstörungsschutz der Komponenten der Anlage auch für unüb­ liche und unvorhergesehene Störfälle vorgesehen.

Sind der Trockner und/oder Rohrkettenförderer und/oder Befeuchter elektrisch geerdet, so ist eine zusätzliche Sicherheit gegen elek­ trisch bedingte Glimmnester oder auch Staubexplosionen gegeben.

Mit einer gasdichten Ausbildung der einzelnen Komponenten, insbe­ sondere der Trockner und/oder des Kettenförderers, die gegebenen­ falls eine gasdichte Absaugleitung aufweisen, wird in den Kompo­ nenten die Brandgefahr herabgesetzt, wobei gleichzeitig eine Ge­ ruchsbelästigung durch austretende Gase aus den Komponenten sicher verhindert werden kann, da in denselben ein geringfügiger Unterdruck gegenüber der Atmosphäre aufbaubar ist.

Weisen der Trockner und gegebenenfalls der anschließende Ketten­ förderer eine Gasabsaugleitung auf, die über einen Biofilter aus­ trägt, so ist eine besonders geruchsarme Behandlungsvorrichtung gegeben.

Weist der Kettenförderer und/oder der Befeuchter und/oder die Kühlstrecke eine indirekte Kühlung, insbesondere Gegenstromküh­ lung, für das Trockengut auf, so kann dasselbe bereits unter einem vorgegebenen gasförmigen Medium abgekühlt werden, so daß die Brand- und Explosionsgefahr weiter reduzierbar ist.

Mündet die, insbesondere thermisch isolierte, Gasabsaugleitung aus dem Trockner in einen Kondensator zur Kondensation der Was­ serdämpfe, so kann einerseits die Kondensationswärme gewonnen und beispielsweise in den Prozeß rückgeführt werden und anderseits wird ein zusätzlicher Unterdruck durch einfache Mittel im Trock­ ner erreicht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Block­ schema; und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendeten Rohrförderers.

Aus dem nicht dargestellten Vorlagebehälter wird gemäß Fig. 1 der wäßrige Faulschlamm über die Zuleitung 2 dem Dünnschlammzerklei­ nerer 1 zugeführt. Worauf der Schlamm über einen Förderer, und zwar einer Exzenterschneckenpumpe 3, der Zentrifuge 4 zugeführt wird. In der Zentrifuge wird weiters über die Leitung 5 ein Flockierungsmittel zugeführt. Über die Leitung 6 wird das abge­ schiedene Wasser abgezogen. Der entwässerte Dickschlamm fällt in einen Zwischenbehälter 7, aus welchem der Dickschlamm über nicht dargestellte Einzugsschnecken einem weiteren Förderer 8, und zwar einer Exzenterschneckenpumpe, zugeführt wird. Durch die exzen­ trische Laufweise der Einzugsschnecke und einer darüber angeord­ neten Rückführschnecke ist eine Brückenbildung des Dickschlammes ausgeschlossen und ein hoher Füllungsgrad der Exzenterschnecken­ pumpe 8 gewährleistet. In diesem Bereich kann der Wassergehalt des Dickschlammes kontinuierlich oder auch diskontinuierlich be­ stimmt werden, wobei dann über diese Kenngröße die Trockenlei­ stung des anschließenden Trockners 9 gesteuert werden kann.

Der Trockner weist einen druckfesten inneren Zylinder auf und ist als Doppelmantel ausgebildet, der als Gegenstromwärmetauscher mit Zu- und Ableitungen 9a, 9b beispielsweise mit Heißdampf be­ aufschlagt wird. Im Inneren des in etwa zylinderförmigen Raumes sind ebenfalls beheizbare Knetarme auf einer Welle befestigt. Die Zufuhr und Abfuhr des Heizmediums zu den einzelnen Knetarmen er­ folgt über die hohle Welle. Durch den intensiven Knetvorgang ist eine Ablagerung des Schlammes in Form den Wärmeübergang behin­ dernder Krusten vermieden. Der Schlamm verläßt den Trockner mit einem Gehalt von etwa 90 Gew.% Trockensubstanz, allenfalls auch darunter. Über eine thermisch isolierte Brüdenleitung 10 wird der Wasserdampf durch die Pumpe P abgesaugt, wobei vor der Pumpe ein Kondensator 15 angeordnet sein kann.

An den Trockner 9 über ein Rohr 18 angeschlossen ist ein Rohr­ kettenförderer 11 gemäß Fig. 2, welcher genauso wie der Trockner in druckfester Weise ausgebildet ist. Der Rohrkettenförderer weist zylinderförmige Rohre 19 auf, welche in nicht dargestell­ ter, an sich bekannter Weise lediglich zur größeren Sicherheit mit Berstscheiben versehen sind. Die Wandstärken sind so ausge­ bildet, daß eine Zerstörung durch Staubexplosionen des Rohrket­ tenförderers selbst sicher verhindert ist. Die Rohre 19 weisen vorzugsweise der größeren Festigkeit wegen einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei eine Kette 20 an den beiden jeweiligen Enden über Kettenräder 21 mit Achsen 23 umgelenkt wird. Die Ket­ tenglieder selbst weisen eine wesentlich geringere Querer­ streckung als der Durchmesser der Rohre 19 auf, so daß, um die erwünschten Förderleistungen zu erreichen, Quersegmente 22 an der Kette befestigt sind. Die Querelemente 22 bilden einzelne räum­ lich voneinander getrennte Förderabteilungen, so daß ein Über­ treten, beispielsweise eines Brandes, von einem Abteil zum anderen Abteil günstig verhindert werden kann. Die Förderkette wird über mindestens eine der beiden Kettenrad-Achsen 23 ange­ trieben. Das geförderte Gut wird über die Öffnung 24 ausgetra­ gen.

Um das aggressive Verhalten des Schlammes gegen den Kettenför­ derer besonders gering zu halten und um gleichzeitig Ablagerungen auf den Förderelementen zu vermeiden, können diese beispielsweise aus Polypropylen, Polyäthylen od. dgl. bestehen. Auch eine Be­ schichtung der Kettenglieder mit derartigen Materialien kann vorteilhaft sein.

Der Kettenförderer kann über die Brüdenleitung 10a ebenfalls mit der Pumpe P verbunden sein, falls dies erforderlich ist. Der Kettenförderer dient gleichzeitig als Kühler für den getrockneten Dickschlamm und weist einen Doppelmantel auf, der Zu- und Ablei­ tungen 11a und 11b besitzt, über welche Kühlwasser im Gegenstrom zu- und abgeführt wird. Der Rohrkettenförderer 11 fördert in den Befeuchter 12, welcher als Klumpierer kontinuierlich arbeitet, der ebenfalls druckfest und gegebenenfalls mit Explosionsklappen oder Berstscheiben ausgebildet ist. Auch der Befeuchter 12 kann eine Brüdenleitung 10b aufweisen, die mit der Pumpe P verbunden ist, doch sind die Leitungen 10a, 10b im allgemeinen nicht er­ forderlich. Im Klumpierer wird über die Leitung 13 ein Wasser­ nebel, gegebenenfalls mit einem Bindemittel, oder auch nur das letztere alleine, eingebracht. Im Anschluß an den Befeuchter ist ein weiterer Kettenförderer 13 als Kühlstrecke vorgesehen, der seinerseits wieder druckfest ausgebildet sein kann und, falls erforderlich, über eine Gegenstromkühlung verfügt. Dieser Ket­ tenförderer kann beispielsweise in einen Zwischenlagerbehälter, aber auch in einen Transportbehälter, z. B. Container, fördern. Wenn die Trockeneinrichtung für die pastösen Massen bei einem Fernheizwerk angeordnet sind, kann der Kettenförderer auch direkt auf ein Förderband liefern, so daß der getrocknete Schlamm entweder direkt zur Verbrennung oder zu einem Silo gefördert wird. Der am Austragsende angeordnete Kettenförderer kann analog wie der Rohrkettenförderer 11 ausgebildet sein.

Die Explosionsgefahr ist am Ausgang des Trockners und im an­ schließenden Kettenförderer am größten, da dort einerseits der Trockengehalt bereits sehr groß ist und anderseits staubförmige Partikelchen, beispielsweise mit einer Korngröße von unter 0,4 mm, auftreten. Im anschließenden Befeuchter werden die staubigen Anteile auf dem Granulat gebunden, so daß die Feinstaubmenge wesentlich reduziert werden kann. Um eine nachträgliche Erwärmung zu verhindern, sind solche Arbeitstemperaturen im Trockner er­ wünscht, welche eine Abtötung der Mikroorganismen sicherstellen. Die den Trockner noch vital verlassenden Mikroorganismen können erst ab einem gewissen Wassergehalt in der Trockensubstanz aktiv werden, so daß eine bestimmte Mindesttrocknung eine wesentliche Voraussetzung der sicheren Lagerung ist.

Um die Geruchsbelästigung gering zu halten, gelangen die über die Brüdenleitungen 10 abgesaugten Gase vorerst über einen nicht dar­ gestellten Kondensator, in welchem das Wasser abgeschieden wird und über einen Biofilter 14 ins Freie. Dieser Biofilter besteht beispielsweise aus Humus od. dgl., in welchem die besonders ge­ ruchsbelästigenden Substanzen mikrobiologisch abgebaut werden.

Zur Vermeidung der elektrostatischen Aufladungen ist die gesamte Anlage elektrisch geerdet, so daß auch diese Gefahrenquelle aus­ geschaltet ist.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Behandeln von wäßrigen pastösen Massen, die brennbare feinteilige Materialien aufweisen, insbe­ sondere Schlämme, Klärschlämme, mit einem Trockner (9) mit be­ wegbaren Heizflächen zum Trocknen der Masse auf eine vorbestimmte Restfeuchtigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die trockene Masse aus dem Trockner (9) über mindestens einen an diesen dicht ange­ schlossenen Rohrkettenförderer (11) abführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkettenförderer (11) mit einem Befeuchter (12) ver­ bunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Befeuchter (12) als Förderorgan, insbesondere Rohrket­ tenförderer, ausgebildet ist, in welchem ein bindemittelhaltiges Wasser durch eine Leitung (17) aussprühbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlstrecke vorgesehen ist, die insbesondere als Rohrkettenförderer (13) mit Kühlmantel (16) gegebenenfalls mit Gegenstromkühlung, ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette (20) des Rohrkettenförde­ rers (11, 13) Förderelemente (22) trägt, durch die jeweils einzelne, räumlich voneinander abgetrennte, Abschnitte gebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockner (9) und/oder der Rohrkettenförderer (11) und/oder der Befeuchter (12) in druckfe­ ster Bauweise, insbesondere mit einer druckfesten Wandstärke, aufgebaut sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Rohrkettenförderer (11, 13) Kreisquerschnitt besitzt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Trockner (9) und/oder der Rohr­ kettenförderer (11) und/oder der Befeuchter (12) Berstscheiben, Explosionsklappen od. dgl. aufweist bzw. aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Trockner (9) und/oder der Rohr­ kettenförderer (11) und/oder der Befeuchter (12) elektrisch ge­ erdet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Komponenten, insbeson­ dere der Trockner (9) und/oder der Rohrkettenförderer (11), der Vorrichtung gasdicht ausgebildet sind und gegebenenfalls eine Gasabsaugleitung (10) aufweisen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der Trockner (9) und gegebenenfalls der anschließende Rohrkettenförderer (11) eine Gasabsauglei­ tung (10) aufweist, die über ein Biofilter (14) austrägt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rohrkettenförderer (11) und/oder Befeuchter (12) und/oder die Kühlstrecke eine indirekte Kühlung, insbesondere einen Gegenstromkühlmantel (16), zur das Trockengut aufweist bzw. aufweisen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die, insbesondere thermisch isolierte, Gasabzugsleitung aus dem Trockner (9) und/oder dem Rohrkettenför­ derer (11) und/oder dem Befeuchter (12) und/oder der Kühlstrecke in einen Kondensator (15) zur Kondensation der Wasserdämpfe mündet.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem mit dem Rohrkettenförderer (11 bzw. 13) verbundenen Trockner (9) eine kontinuierliche mechani­ schen Entwässerungseinrichtung, insbesondere einer Zentrifuge (4) vorgeschaltet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Austragsöffnung für die höherviskose Masse, ins­ besondere Dickschlamm, der mechanischen Entwässerungseinrichtung mit einem Zwischenbehälter (7) verbunden ist, welcher bevorzugt seinerseits über einen Förderer (8) und gegebenenfalls einer Rohrleitung mit dem Trockner (9) verbunden ist.