DE4122246A1

DE4122246A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbereiten von klaerschlamm

Info

Publication number: DE4122246A1
Application number: DE4122246A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Bruns; Bernd Richter; Friedrich Dr Stolze; Lothar D Von Berg
Original assignee: BRUNS KARL HEINZ
Current assignee: BRUNS KARL HEINZ
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1993-01-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Klärschlamm durch Wasserentzug und thermische Behandlung bis zur Zerstörung organischer Bestandteile.

Klärschlamm kann je nach seiner Herkunft (aus Industrie- oder kommunalen Kläranlagen) sehr unterschiedliche Zusam mensetzungen haben. Einige Komponenten sind aber regelmäßig in Klärschlämmen zu finden (Gewichtsprozente, bezogen auf die Trockenmasse):

1-40% Eiweiß (abgestorbene biologische Massen, Bakterien, Haushaltsabfälle, abgebaute Fette und Öle, Abfälle aus der Chemie- und Papierindustrie etc.),
1-30% SiO₂ (sandige Bestandteile im Regenwasser, Putz- und Schleifmittel etc.),
10-15% CaO (Neutralisationsrückstände aus der chemischen Industrie, Fällungsmittel,eEntwässerungs- und Filterhilfsmittel etc.),
Rest: Andere anorganische und organische Bestandteile wie Aluminium-, Eisen-, Schwefel- und Chlorverbindungen, PAK, PCB.

Die Entsorgung derartiger Klärschlämme findet heute nach folgenden Methoden statt:

a) auf Mülldeponien, z. T. für Sondermüll (hauptsächlich),
b) durch Kompostierung (kleinerer Anteil),
c) durch Verwendung als Düngemittel (untergeordnet) und
d) durch Verbrennung und Pyrolyse in speziellen Anlagen mit Hochtemperatur-Verbrennung unter Sauerstoffzufuhr.

Sämtliche Methoden sind unbefriedigend, insbesondere aber teuer. Das Verfahren nach d) erzeugt Abgase, die ihrerseits wieder aufgearbeitet werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, das ein fach durchzuführen ist und zumindest teilweise zu wiederver wendbaren oder weiterverarbeitbaren Stoffen führt, und das auch und bevorzugt, aber nicht ausschließlich in vorhandenen Braunkohlen-Kokereianlagen durchführbar ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß man dem zumindest weitgehend entwässerten und in Partikelform übergeführten Klärschlamm ein gleichfalls in Partikelform vorliegendes, vom Klärschlamm verschiedenes, im Bereich der Behandlungstemperaturen festes Trägermedium zusetzt, das Gemisch aus Klärschlamm und Trägermedium dem oberen Bereich eines Vertikalkammerofens zuführt, das Gemisch im Vertikalkammerofen unter zumindest weitgehendem Luftabschluß allmählich auf Temperaturen von mindestens 900°C, vorzugsweise von mindestens 1000°C, bis zur Veraschung des Klärschlamms erhitzt, die hierbei freigesetzten Gase und Dämpfe auffängt und einem Verbrennungsvorgang zuführt und das Trägermedium mit der Asche des Klärschlamms aus dem unteren Bereich des Vertikalkammerofens abzieht.

Die Aufbereitung des Klärschlamms, der im Anfangszustand etwa 3 bis 10% Trockensubstanz enthält, durch Entwässerung kann dabei in folgenden Vorrichtungen erfolgen (die genann ten Prozente sind Gewichtsprozente und beziehen sich auf die Trockenmasse im Klärschlamm im Endzustand der Behandlung

- Dekanter, Siebbandpresse: ca. 30%
- Kammerfilterpresse: 40-60%
- Trocknungsofen: 80-90%.

Der Klärschlamm läßt sich im Anschluß an die Kammerfilter presse aus einem "stichfesten" Zustand heraus granulieren bzw. in die Form kleiner Kügelchen bringen, was im Hinblick auf das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen günstig ist.

Der Trocknungsofen ist bevorzugt ein über dem Vertikalkam merofen angebrachter und mit diesem über Regelorgane für den Stoffstrom verbundener Schachttrockner mit dachförmigen Einbauten und einem Schwadenabzug. Die Beheizung erfolgt mittels der Abgase der Heizkammern, die dem Vertikalkammer ofen zugeordnet sind.

Das Trägermedium dient dazu, einen problemlosen Transport des granulierten Klärschlammes über zwischengeschaltete Förderanlagen zu gewährleisten, vor allem aber dazu, im Vertikalkammerofen ein vorteilhaftes Lückenvolumen zu schaffen, das für den Trocknungs- und Entgasungsprozeß von großer Bedeutung ist.

In besonders vorteilhafter Weise wird als Vertikalkammerofen ein Braunkohlen-Kokereiofen verwendet. Derartige Öfen sind bereits in ausreichender Zahl vorhanden. Es wurde überra schend festgestellt, daß die in einem solchen Ofen üblicher weise für den Kokerei-Betrieb angewandten Verfahrenspara meter in hervorragender Weise geeignet sind, auch die Ver aschung des das Trägermedium begleitenden Klärschlammes her beizuführen, und dabei die behördlichen Auflagen zu erfül len.

Dem Klärschlamm können als Trägermedium zahlreiche stückige Stoffe zugesetzt werden, nämlich beispielhaft:

- Braunkohle bzw. Braunkohlebriketts,
- ein bei den Behandlungstemperaturen inertes mineralisches Material, wie Kieselsteine, Porzellanbruch,
- Braunkohlenkoks,
- Steinkohlenkoks.

In dem zuerst genannten Fall kann gleichzeitig mit der Ver aschung des Klärschlamms ein Kokereiprozeß durchgeführt wer den, d. h., das Trägermaterial wird während der Veraschung unter gleichzeitiger Freisetzung von Heizgasen von Braun kohle in Braunkohlenkoks umgewandelt.

Dabei laufen im Vertikalkammerofen nacheinander folgende Vorgänge ab:

- die Endtrocknungsphase bis 220°C,
- die Vorentgasungsphase von 220 bis 465°C,
- die Hauptentgasungsphase von 465 bis 830°C,
- die Nachentgasungsphase von 830 bis über 900°C.

In der ersten Phase findet eine Verdunstung und, nach Über schreiten des Siedepunktes, eine Verdampfung des im Gemisch enthaltenen Wassers statt.

In der Vorentgasungsphase beginnt die Zersetzung der Braun kohle. Im Temperaturbereich zwischen 400 und 450°C erfolgt die maximale Teerbildung; sie ist bei etwa 600°C abge schlossen. Unterhalb 470°C überwiegt die Freisetzung flüs siger Produkte, oberhalb von 470°C die der Gase. Hierbei findet eine maximale Schrumpfung der Braunkohle-Briketts statt, die im Gegensatz zum Blähverhalten bei der Bildung von Steinkohlekoks steht.

Der Prozeß kann chargenweise, bevorzugt aber kontinuierlich oder diskontinuierlich (quasi-kontinuierlich) durchgeführt werden, indem jeweils Teilmengen der Charge im unteren Bereich des Vertikalkammerofens abgezogen und entsprechende Teilmengen im oberen Bereich nachchargiert werden. Bei der kontinuierlichen und quasi-kontinuierlichen Betriebsweise erfolgt die Aufheizung des Gemischs im Durchlauf, d. h. während des Absinkens des Gemischs im Vertikalkammerofen. Die von außen beheizte Ofenwand selbst bleibt dabei örtlich auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur, hat aber ein von oben nach unten zunehmendes Temperaturprofil entsprechend den oben angegebenen Verfahrens-Temperaturen.

Der Austrag des Gemischs aus Trägermedium (Braunkohlekoks) und Klärschlamm-Asche erfolgt bevorzugt diskontinuierlich durch die sog. Kokskammerverschlüsse, z. B. pneumatisch be triebene ferngesteuerte Walzenverschlüsse, durch die das Gemisch in Kokskübel eines gleichfalls ferngesteuerten Abzugsgespanns ausgetragen wird. Auch die Abkühlung kann dabei unter Kokereibedingungen erfolgen, d. h. das Gemisch wird durch Inertgase einer Trockenkühlung unterworfen. Über Gurtbandförderer gelangt das abgekühlte Gemisch in Klassier- und/oder Verladeanlagen.

Das bei der Verkokung entstehende Produktionsgas wird in üblicher Weise vom Teer befreit, einer Gaswäsche unterzogen, entstaubt und gekühlt und ggf. komprimiert, bevor es z. B. in einer Rectisolanlage von weiteren Kohlenwasserstoffen be freit wird. Dies geschieht bei Temperaturen von etwa -55°C in einem Gemisch aus Methanol und Aceton und ggf. anderen Ketonen. Dabei werden auch Schwefeldioxid und andere schäd liche Gaskomponenten entfernt.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn als Trägermedium stückige Trägerkörper mit einer Körnung zwischen 20 und 250 mm zugesetzt werden. In diesem Bereich liegen auch die bei der Verkokung bevorzugt verwendeten Braunkohlebriketts des Typs H91.

Zum Zwecke einer optimalen Energieausnutzung ist es vorteil haft, wenn die aufgefangenen Gase und Dämpfe zur äußeren Beheizung des Vertikalkammerofens verwendet werden. Beim Einsatz von Trägermedium, das bei den vorgegebenen Behand lungstemperaturen selbst kein Brenngas abgibt, ist es aller dings erforderlich, den aufgefangenen Gasen und Dämpfen zur Beheizung des Vertikalkammerofens fremdes Brenngas zuzuset zen.

Die Gasverbrennung erfolgt bei Temperaturen über 1200°C, so daß sämtliche Schadstoffe, darunter beispielsweise chlorierte Kohlenwasserstoffe, PCB etc. zerstört werden.

Folgende Verfahrensvarianten sind möglich, wobei der Verwen dungszweck der Komponenten des ausgetragenen Gemischs den Ausschlag gibt:

- Das Trägermedium kann von der Asche des Klärschlamms abge trennt und als Trägermedium wiederverwendet werden.
- Die Asche des Klärschlamms kann vom Trägermedium abge trennt und in der Zementindustrie dem üblichen Zementroh stoff zugesetzt werden. Die Abtrennung erfolgt bevorzugt durch einen Zyklonabscheider. Etwa 20 bis 35% des ein gesetzten Klärschlammes bleiben als Asche übrig.
- Die Asche des Klärschlamms und das aus Koks bestehende Trägermedium können gemeinsam der Weiterverwendung zuge führt werden, z. B. für Sinterprozesse in der Stahlindu strie, zur Karbiderzeugung, als Brennstoff in der Zement industrie etc.

Das Gewichtsverhältnis von Trägermedium zu Klärschlamm kann dabei in weiten Grenzen variiert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen; es kann zwischen 0,2 und 2,0, vor zugsweise zwischen 0,3 und 1,5, gewählt werden. Sehr gute Ergebnisse haben sich bei einem Mischungsverhältnis von 1 gezeigt.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung besitzt einen Vertikalkammerofen mit einem oberen Chargier bereich und einem unteren Abzugsbereich sowie eine dem Chargierbereich vorgeschaltete Mischvorrichtung für die Mischung von Trägermedium und Klärschlamm.

Diese Mischvorrichtung ist bevorzugt ein Gurtbandförderer, auf dem auf das kontinuierlich zugeführte partikelförmige Trägermedium kontinuierlich zugeführter partikelförmiger Klärschlamm dosiert aufgestreut wird.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn dem Abzugsbereich des Vertikalkammerofens eine Trennvorrichtung für die Trennung von veraschtem Klärschlamm und Trägermedium nachgeschaltet ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der einzigen Figur und eines Verfahrens beispiels näher erläutert:

Die Figur zeigt einen Vertikalschnitt durch eine von meh reren, in einer Reihe in Blickrichtung der Zeichnung ange ordneten, schachtförmigen Ofenkammern 2 eines Vertikalkam merofens 1 für die Braunkohle-Verkokung mit allen wesent lichen An- und Aufbauten. Die Ofenkammer 2 besitzt eine nutzbare Höhe von 8 m bei einer Länge von 3 m und einer Breite von 0,35 m. Das Nutzvolumen der Ofenkammer 2 beträgt mithin 8,4 m³. Auf beiden Seiten (bezogen auf die Zeichen ebene vor und hinter der Ofenkammer 2) befinden sich entsprechend dimensionierte Heizkammern, von denen nur die Gaszuführungseinrichtung 3 für die Zuführung eines Gas-Luft- Gemischs dargestellt ist. In den Heizkammern befinden sich Einbauten, die sog. Heizzüge bilden, in denen das Heizgas auf serpentinenartigen Wegen nach oben steigt. Im 4. und 5. Heizzug sind die Brenner installiert, dort beträgt die Temperatur ca. 1100°C.

Der Ofen ist in einem Gebäude 4 mit Stützen 5 untergebracht, die - von oben nach unten - eine Beschickungsbühne 6, eine Meßbühne 7, eine Gebläsebühne 8 und eine Ofenbühne 9 tragen. Die Beschickung erfolgt nach einem vorbestimmten Programm und wird von einer Meßwarte aus überwacht.

Auf der Beschickungsbühne befinden sich in spiegelsymmetri scher Anordnung zwei Misch- und Beschickungsvorrichtungen 10 und 11, mit denen das vorbereitete Gemisch in einen Bunker 12 eingebracht wird, der beispielhaft eine Fassungsvermögen von 300 Tonnen hat. Unter dem Bunker 12 befindet sich ein Vortrockner 13 mit im wesentlichen quaderförmigem Innenraum mit einem Volumen von 236 m³ und dachförmigen Einbauten, die als Abschwadendächer 14, Kreislaufdächer 15 und Druckdächer 16 dienen. Diese Einbauten erzwingen eine lockere Schüttung des Einsatzgemischs, die für eine gute Entgasung vorteilhaft ist. Die Temperatur im Vortrockner 13 liegt zwischen 130 und 180°C.

Das untere Ende des Vortrockners 13 mündet in zwei Abzugs trichter 17 und 18, die über flexible Schächte 19 und 20 (Schläuche) zur Ofenbühne 9 führen und dort nebeneinander entlang der waagrechten Querschnittsachse der Ofenkammer 2 in diese einmünden.

Einrichtungen zur Staubabscheidung (Siebstrecken) sind der Einfachheit halber weggelassen.

Am oberen Ende der flexiblen Schächte 19 und 20 sind sog. Schlauchschieber 21 und 22 mit einem pneumatischen Antrieb 23 angeordnet, durch die der Stoffstrom geregelt werden kann. Der obere Bereich der Ofenkammer 2 ist über eine nicht näher bezeichnete Abzugsleitung mit einem Teerabscheider 24 und mit einer Gassammelleitung 25 verbunden, die über eine weitere Leitung 26 mit einer nur schematisch dargestellten Gasreinigunganlage 27 verbunden ist. Von dieser führt wiede rum eine Leitung 28 zur Gaszuführungseinrichtung 3. Die wesentlichen Abschnitte der Gasreinigung sind weiter oben abgehandelt worden.

Die heißen Abgase aus den Heizkammern führen über einen Kamin 29 mit regelbaren Anteilen zu einem Gebläse 30 und/ oder zu einem Abzugsschacht 31 und von dort ins Freie. Das Gebläse 30 fördert die heißen Abgase in den Vortrockner 13, von dem sie - mit Wasserdampf angereichert - über einen Abzugsschacht 32 ins Freie strömen.

In der Ofenkammer werden durch die Temperaturführung mehrere Zonen gebildet, nämlich eine Endtrocknungszone 33, eine Vor entgasungszone 34, eine Hauptentgasungszone 35 und eine Nachentgasungszone 36. Am unteren Ende der Ofenkammer 2 befindet sich ein Kammerverschluß 37, der als Walzenver schluß ausgebildet ist. Die intermittierende Ansteuerung des Verschlusses erfolgt über einen pneumatischen Antrieb 38. Unter dem Kammerverschluß 37 befindet sich ein Transportwa gen 39 für das Gemisch aus Trägermedium und Klärschlamm- Asche. Mittels dieses Transportwagens wird das noch heiße Gemisch in einen Kühler transportiert, in dem trockenes Inertgas im Kreislauf geführt wird. Die dabei abgegebene Wärme kann zur Dampferzeugung benutzt werden. An die Stelle des Transportwagens kann jedoch auch eine nicht gezeigte Trennvorrichtung gesetzt werden, beispielsweise ein Zyklon abscheider.

Die Temperatur steigt von der Ofenbühne 9 bis zur Nachent gasungszone 36 von 220°C auf etwa 1100°C an.

Verfahrensbeispiel

Es wurde Klärschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von 50% angeliefert und granuliert.

Folgende Analysenwerte lagen vor:

Im Klärschlamm:
Schwefelgehalt:\|0,53%
Organ. Chlor:	0,35%
PAK:	205 mg/kg
PCB:	3,5 mg/kg
Organ. Bestandteile:	35%

In einer Vorrichtung nach der Figur wurde mittels Gurtband förderern ein Mischungsverhältnis 1 : 1 des granulierten Klär schlamms zu Braunkohlebriketts H91 als Trägermedium herge stellt und in den Bunker 12 gefördert. Im Vortrockner 13 wurde der vom Bunker 12 abgegebene Stoffstrom mit inertem Gas (Heizgas) bei 155°C vorgetrocknet. Am Ausgang des Vor trockners 13 besaß das Gemisch einen Wassergehalt von 1,5%. In der Ofenkammer 2 wurden unter Luftabschluß am Ende der vier Zonen 33 bis 36 Temperaturen von ca. 220°C, 465°C, 830°C und 1100°C eingestellt. Es wurde der übliche Braunkohlekoks gebildet, dazu aber eine feinkörnige mit Feinkoksanteilen versetzte Asche aus dem Klärschlamm.

In der Asche:
Aschegehalt:\|27,5%
CaO:	85%
Eisen:	75 g/kg
Aluminium:	65 g/kg
Blei:	50 mg/kg
Cadmium:	98 mg/kg
Chlorid:	2000 mg/kg
Chlorid gesamt:	4000 mg/kg
Magnesium:	750 g/kg
Quecksilber:	1,3 mg/kg
Sulfat:	750 mg/kg
Zink:	2750 mg/kg

Das Produktionsgas wurde in der beschriebenen Weise gerei nigt und als Heizmedium für die Ofenkammer 2 eingesetzt. Die Verbrennungstemperatur wurde auf 1200°C eingestellt. Die Abgase entsprachen hinsichtlich der chlorierten Kohlenwasser stoffe im vollem Umfange den behördlichen Vorschriften.

Claims

1. Verfahren zum Aufbereiten von Klärschlamm durch Wasser entzug und thermische Behandlung bis zur Zerstörung orga nischer Bestandteile, dadurch gekennzeichnet, daß man dem zumindest weitgehend entwässerten und in Partikelform übergeführten Klärschlamm ein gleichfalls in Partikelform vorliegendes, vom Klärschlamm verschiedenes, im Bereich der Behandlungstemperaturen festes Trägermedium zusetzt, das Gemisch aus Klärschlamm und Trägermedium dem oberen Bereich eines Vertikalkammerofens zuführt, das Gemisch im Vertikalkammerofen unter zumindest weitgehendem Luftab schluß allmählich auf Temperaturen von mindestens 900°C, vorzugsweise von mindestens 1000°C, bis zur Veraschung des Klärschlamms erhitzt, die hierbei freigesetzten Gase und Dämpfe auffängt und einem Verbrennungsvorgang zuführt und das Trägermedium mit der Asche des Klärschlamms aus dem unteren Bereich des Vertikalkammerofens abzieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch allmählich absinkend durch den Vertikalkammerofen geführt wird und daß entlang der vertikalen Ofenachse ein Temperaturgradient eingestellt wird, dessen höchster Wert 900°C, vorzugsweise 1000°C übersteigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vertikalkammerofen ein Braunkohlen-Kokereiofen verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Klärschlamm als Trägermedium Braunkohle zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Klärschlamm als Trägermedium ein bei den Behandlungs temperaturen inertes mineralisches Material zugesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Klärschlamm als Trägermedium Braunkohlenkoks zuge setzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Klärschlamm als Trägermedium Steinkohlenkoks zuge setzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermedium stückige Trägerkörper mit einer Körnung zwischen 20 und 250 mm zugesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgefangenen Gase und Dämpfe zur äußeren Beheizung des Vertikalkammerofens verwendet werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Verwendung von Trägermedium, das bei den Behandlungstemperaturen selbst kein Brenngas abgibt, den aufgefangenen Gasen und Dämpfen zur Behei zung des Vertikalkammerofens fremdes Brenngas zusetzt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermedium von der Asche des Klärschlamms abge trennt und als Trägermedium wiederverwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Asche des Klärschlamms vom Trägermedium abgetrennt und in der Zementindustrie dem üblichen Zementrohstoff zugesetzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Asche des Klärschlamms und das aus Koks bestehende Trägermedium gemeinsam der Weiterverwendung zugeführt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Trägermedium zu Klärschlamm zwischen 0,2 und 2,0, vorzugsweise zwischen 0,3 und 1,5, gewählt wird.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Vertikalkammer ofen (1) mit einem oberen Chargierbereich und einem unteren Abzugsbereich sowie durch eine dem Chargier bereich vorgeschaltete Mischvorrichtung (10, 11) für die Mischung von Trägermedium und Klärschlamm.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung (10, 11) einen Gurtbandförderer aufweist, auf dem auf das kontinuierlich zugeführte partikelförmige Trägermedium kontinuierlich zugeführter partikelförmiger Klärschlamm aufstreubar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abzugsbereich eine Trennvorrichtung für die Trennung von veraschtem Klärschlamm und Trägermedium nachgeschaltet ist.