DE4215061A1

DE4215061A1 - Verfahren und vorrichtung zum entwaessern von schlaemmen

Info

Publication number: DE4215061A1
Application number: DE4215061A
Authority: DE
Inventors: Norbert Klay; Bernhard A Kwetkus
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1991-07-31
Filing date: 1992-05-07
Publication date: 1993-02-04

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entwässern von Schlämmen durch kombinierte Anwendung von Zentrifugieren und Behandlung mit elektrischem Strom.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung nimmt dabei Bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der japanischen Offenlegungs schrift No. 1 29 267/74 (Patentanmeldung 42 517/73) ergibt.

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK

Die erforderliche Entwässerung von Klärschlämmen wird derzeit mit Kammerfilter- und Siebbandpressen sowie mit Zentrifugen durchgeführt. Alle auf dem Markt verfügbaren Anlagen erzielen dabei Trockensubstanzgehalte (TS) von maximal 35% - oder nach Hinzufügen großer Mengen an Zuschlagstoffen einen Trockensub stanzgehalt bis zu 40%. Höhere Trockensubstanzgehalte sind insbesondere notwendig für die energetische Nutzung in einer Verbrennungsanlage. Ferner ist es wünschenswert, auf Zuschlag stoffe zu verzichten, da diese das zu entsorgende Volumen noch vergrößern und u. a. die Deponie- und Transportkosten erhöhen.

Aus der eingangs genannten Patentveröffentlichung ist nun ein Verfahren und eine Einrichtung zur Entwässerung von Schlämmen bekanntgeworden, bei welcher der zu entwässernde Schlamm in einer Zentrifuge mechanisch entwässert wird. Gleichzeitig wird durch das Zentrifugengut ein elektrischer Strom geleitet. Als Elektroden dienen dabei einerseits die Zentrifugenwand, ande rerseits die Schlammzuführungsleitung. Um den elektrischen Kontakt von der Schlammzuleitung zum Schlammkuchen zu gewähr leisten, muß die Zentrifuge während des Betriebes bis zur Höhe der Zuleitung gefüllt sein. Daher ist es nicht möglich, eine an der Zentrifugentrommel entstandene dünne Schlamm schicht elektroosmotisch weiter zu entwässern, ohne diese Schicht von der Innenseite her durch zugeführten Schlamm erneut zu befeuchten. In einem Ausführungsbeispiel des bekann ten Verfahrens wird lediglich ein erreichter Trockengehalt von 18% genannt. Da solche Trockengehalte auch durch Zusatz chemischer Flockungshilfsmittel erzielt werden können, hat sich das bekannte Verfahren bisher in der Praxis nicht durchgesetzt.

In neueren Veröffentlichungen wurde die Kombination elektroki netischer Entwässerung mit einer Siebbandpresse und auch mit einer Kammerfilterpresse (EP-A-03 84 081, DE-A-38 43 028) vorge schlagen. Mit modifizierten Bandpressen wurden Trockengehalte erzielt, die nur geringfügig über dem Stand der Entwässerungs technik liegen. Bei der Kombination mit einer Kammerfilter presse wurde dagegen ein Trockengehalt von 58% im Labormaß stab erzielt. Dieser liegt deutlich über den eingangs genann ten Werten. Nachteilig an einer Kammerfilterpresse ist der hohe Personalaufwand beim Betrieb.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entwässerung von Schlämmen anzugeben, das ein Endprodukt mit hohem Trockensubstanzgehalt ergibt und auch wirtschaftlich durchführbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist ferner die Schaffung einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Ein richtung.

Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu entwässernden Schlämme in einer Schälzentrifuge mecha nisch vorentwässert werden, daß anschließend Elektroden ge gen den sich als Wandschicht abgesetzten vorentwässerten Schlammkuchen gepreßt werden und daß durch Anlegen einer Gleichspannung der vorentwässerte Schlammkuchen nachentwässert wird, und daß nach vollendeter Nachentwässerung die Elektro den vom Schlammkuchen entfernt und der Schlammkuchen durch Schälen ausgetragen wird.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere darin zu sehen, daß auf diese Weise dünne Schlammschichten optimal nachentwässert werden können und somit sehr hohe Troc kensubstanzgehalte erreicht werden können. Die Nachentwässe rung kann sowohl bei laufender als auch bei stillstehender Zentrifuge durchgeführt werden:

Im erstgenannten Fall werden nach der Vorentwässerung und bei laufender Zentrifuge die mit Zentrifugendrehzahl mitumlaufen den Elektroden radial gegen den gegen den Schlammkuchen ge preßt und mit Gleichspannung beaufschlagt. Nach vollendeter Nachentwässerung werden die Elektroden wieder eine kurze Strecke radial zurückgefahren. Ein gleichfalls im Zen trifugeninneren montiertes hohles Schälmesser fährt radial in die Distanzen zwischen den Elektrodenabschnitten. Der abge schälte Schlamm wird dann durch das hohle Schälmesser und die hohle Welle ausgetragen. Um den Austrag über das Schälmesser zu ermöglichen, wird ein Differentialgetriebe zugeschaltet, das die im Normalbetrieb mit Zentrifugendrehzahl mitrotieren den Elektroden und Schälmesser auf eine kleinere Drehzahl bringt, so daß sich eine im Vergleich zur Zentrifugendrehzahl kleine Differenzdrehzahl zwischen Schälmesser und Schlammku chen ergibt.

Bei der Nachentwässerung mit stillstehender Zentrifuge werden nach vollendeter Vorentwässerung die Elektroden eingefahren, gegen den Schlammkuchen gepreßt und mit Spannung beauf schlagt. Nach der elektrokinetischen Nachentwässerung werden die Elektroden entfernt, das Schälmesser eingefahren und bei niedriger Zentrifugendrehzahl der Schlammkuchen ausgetragen.

Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens ist gekennzeichnet durch eine Schälzentrifuge, in de ren Innenraum eine ein- oder mehrteilige, sich im wesentlichen über die gesamte axiale Länge und Umfang erstreckende Elek trode vorgesehen ist, die radial und gegen die Zentrifugen trommel preßbar ist, eine Gleichspannungsquelle, deren posi tiver Pol an die Elektrode(n) und deren negativer Pol an die Zentrifugentrommel angeschlossen ist, und Mittel zum Abschälen und Austragen des Schlammkuchens.

Vorzugsweise ist dabei das Schälmesser auf der selben Welle wie die Halterung der Elektroden angeordnet und beide sind ra dial verfahrbar und von der Zentrifugenwelle abkuppelbar, wo bei das Schälmesser in die Distanzen zwischen den Elektroden einfahrbar ist. Auf diese Weise läßt sich die Einrichtung kontinuierlich betreiben.

Eine andere konstruktive Ausführung sieht vor, radial verfahr bare Elektroden und ein Schälmesser auf einer gemeinsamen Hal terung anzuordnen, wobei die Halterung und/oder die Elektroden und/oder das Schälmesser in Richtung der Zentrifugendrehachse verfahrbar sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu tert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung sche matisch dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Schälzentri fuge mit eingefahrenen Elektroden und ausgefahrenem Schälmesser nach durchgeführter mechanischer Vorent wässerung;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch die Schälzentri fuge nach Fig. 1 mit ausgefahrenen Elektroden und eingefahrenem Schälmesser nach vollendeter elektro kinetischer Nachentwässerung;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Schälzentrifuge nach Fig. 1 mit eingefahrenen und angepreßten Elektroden;

Fig. 4 eine Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 1 mit auf der Zentrifugenwelle angeordneten Elektroden und Schälmesser, die beide radial verfahrbar sind.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die in Fig. 1 und 3 schematisch im Quer- bzw. Längsschnitt dar gestellte Schälzentrifuge weist eine Zentrifugentrommel 1 auf, die vermittels eines (nicht dargestellten) Antriebsmotors in Rotation versetzt werden kann. An der Innenwandung der Trommel 1 und von dieser beabstandet ist eine Siebtrommel 2 angeord net. Der Ringraum 3 zwischen der Trommel 1 und der Siebtrommel 2 dient der Abfuhr der Flüssigkeit. Der vorentwässerte Schlammkuchen 4 hat sich nach der mechanischen Vorentwässerung als vergleichsweise dünne Schicht auf der Innenfläche der Siebtrommel 2 abgesetzt.

Aufbau einer derartigen Schälzentrifuge und die sich dabei ab spielenden Prozesse sind Stand der Technik und beispielsweise im LUEGER Bd. 16 "Lexikon der Verfahrentechnik", Seiten 590 bis 595, ausführlich beschrieben.

Mit der mechanischen Vorentwässerung lassen sich Trockensub stanzgehalte um 30% erreichen. Weil derartige Trockensubstanz gehalte aus den eingangs geschilderten Gründen unwirtschaft lich sind, schließt sich der beschriebenen mechanischen Vor entwässerung nun eine elektrokinetische Nachentwässerung an. Zu diesem Zweck wird in das Trommelinnere eine mehrteilige Elektrodenanordnung, im Beispielsfall aus vier Elektrodenseg menten 5 bis 8 bestehend, eingeführt. Die vier Segmente sind jeweils an zwei teleskopartig radial beweglichen Speichen 9 an einer tragenden Hohlwelle 10 befestigt. Alle Elektroden sind parallelgeschaltet und mit dem positiven Pol einer Gleich spannungsquelle 11 verbunden. Der negative Pol der Gleichstromquelle 9 ist mit der (in der Regel geerdeten) Trom mel 1 verbunden, die wiederum mit der Siebtrommel 2 elektrisch in Verbindung steht.

Durch das elektrische Feld zwischen den Elektroden 5 bis 8 und der negativen Elektrode (Zentrifugentrommel 1) wird die elek trokinetische Nachentwässerung eingeleitet. Das im Schlammku chen 4 enthaltene Restwasser wird dabei in Richtung der nega tiven Elektrode transportiert und tritt dort als zusätzliches Filtratwasser aus dem Ringraum 3 aus. Die dabei anzulegenden Spannungen sind von der Zusammensetzung, insbesondere den elektrischen Eigenschaften des Schlammes abhängig und liegen typisch zwischen 5 und 50 Volt. Vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, wenn die Dicke des Schlammkuchens wenige Millimeter bis ca. 2 cm beträgt, weil der elektrische Energiebedarf pro Volumen entfernten Restwassers linear mit der Dicke des Schlammkuchen steigt.

Nach Beendigung der Nachentwässerung werden die Elektroden 5 bis 8 nach innen zurückgefahren und gegebenenfalls axial ent fernt. Dann wird der Schlammkuchen 4 mit einem hohlen Schäl messer 12 entfernt und durch die hohle Welle 10 ausgetragen. Die Entfernung des Schlammkuchens unter Verwendung eines fest stehenden Schälmessers ist eine dem Fachkundigen geläufige Maßnahme und beispielsweise in der oben genannten Veröffent lichung in LUEGER... a.a.O. beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch im kontinuier lichen Betrieb anwenden. Dazu ist eine Einrichtung vorgesehen, wie sie sehr stark schematisiert in Fig. 4 dargestellt ist. Auf der tragenden Hohlwelle 10 sind analog zu Fig. 1 zwei Elektro den 5, 6 radial verfahrbar angeordnet. Damit sich eine Schlamm kuchenschicht auf der Siebtrommel 3 bilden kann, sind die Elektroden 5, 6 perforiert. Die Perforation muß dabei größere Öffnungen aufweisen als die der Siebtrommel. Auf der selben Hohlwelle 10 ist auch das hohle Schälmesser 12 angeordnet. Es besteht aus einem fest mit der Hohlwelle 10 verbundenen Teil 12a, in welchem das eigentliche Messer 12b radial verschiebbar angeordnet ist. Das Schälmesser ist dabei so positioniert, daß sein Teil 12b in die Distanzen zwischen den Elektroden 5 und 6 einfahren kann.

Nach der mechanischen Vorentwässerung und bei laufender Zen trifuge werden die mit Zentrifugendrehzahl mitumlaufenden Elektroden 5, 6 radial gegen den gegen den Schlammkuchen 4 ge preßt und mit Gleichspannung beaufschlagt. Dabei unterstützen die Fliehkräfte den elektrokinetischen Nachentwässerungspro zeß. Nach vollendeter Nachentwässerung werden die Elektroden 5, 6 wieder eine kurze Strecke radial nach innen zurückgefah ren. Das Schälmesser 12b fährt radial in die Distanzen zwi schen den Elektroden 5, 6. Der abgeschälte Schlamm wird dann durch das hohle Schälmesser 12 und die hohle Welle 10 ausge tragen. Um den Austrag zu ermöglichen, wird ein Differential getriebe (nicht dargestellt) zugeschaltet werden, das die im Normalbetrieb mit Zentrifugendrehzahl mitrotierenden Elektro den 5, 6 und Schälmesser 12 auf eine kleinere Drehzahl bringt, so daß sich eine im Vergleich zur Zentrifugendrehzahl kleine Differenzdrehzahl zwischen Schälmesser 12 und Schlammkuchen 4 ergibt.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer horizontalachsigen Siebtrommel-Schälzentrifuge erläutert. Die Einbaulage der Zen trifuge spielt eine untergeordnete Rolle; neben horizontal achsigen Zentrifugen können auch solche mit vertikaler Achse verwendet werden.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, daß eine optimale Entwässerung von Schlämmen erreicht wird, und zwar weitgehend unter Verwendung von bewährten handelsüb lichen Zentrifugen, die durch elektrokinetische Nachentwässe rung nachgerüstet werden müssen.

Claims

1. Verfahren zum Entwässern von Schlämmen durch kombinierte Anwendung von Zentrifugieren und Behandlung mit elektri schem Strom, dadurch gekennzeichnet, daß die zu entwäs sernden Schlämme in einer Schälzentrifuge mechanisch vor entwässert werden, daß anschließend Elektroden (5-8) gegen den sich als Wandschicht abgesetzten vorentwässer ten Schlammkuchen (4) gepreßt werden und daß durch An legen einer Gleichspannung der vorentwässerte Schlammku chen (4) nachentwässert wird, und daß nach vollendeter Nachentwässerung der Schlammkuchen durch Schälen ausge tragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Vorentwässerung und bei laufender Zentrifuge die mit Zentrifugendrehzahl mitumlaufenden Elektroden (5, 6) radial gegen den Schlammkuchen (4) gepreßt und mit Gleichspannung beaufschlagt werden, daß nach vollendeter Nachentwässerung die Elektroden (5, 6) wieder eine kurze Strecke radial nach innen zurückgefahren werden, daß ein gleichfalls im Zentrifugeninneren montiertes hohles Schälmesser (12) radial in die Distanzen zwischen den Elektrodenabschnitten einfährt und daß der abgeschälte Schlammkuchen (4) durch das hohle Schälmesser (12) und eine hohle Welle (10) ausgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach vollendeter Vorentwässerung und bei stillstehender Zentrifuge die Elektroden (5, 6, 7, 8) eingefahren, gegen den Schlammkuchen (4) gepreßt und mit Spannung beauf schlagt werden, und daß nach der elektrokinetischen Nachentwässerung die Elektroden (5, 6, 7, 8) entfernt werden, ein Schälmesser (12) eingefahren und der Schlammkuchen (4) ausgetragen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Füllmenge der Zentrifuge so bemes sen ist, daß sich eine Dicke des Schlammkuchens (4) nach der Vorentwässerung zwischen 3 und 20 mm ergibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der vorentwässerte Schlammkuchen (4) mit Gleichspannung zwischen 5 und 50 Volt beaufschlagt wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schälzentrifuge, in deren Innenraum eine ein- oder mehrteilige, sich im wesentli chen über die gesamte axiale Länge und Umfang erstrec kende Elektrode (5-8) eingebaut oder einfahrbar und gegen die Zentrifugentrommel (1) preßbar ist, durch eine Gleichstromquelle (11), deren positiver Pol an die Elek trode(n) (5-8) und deren negativer Pol an die Zentrifu gentrommel (1) angeschlossen ist, und durch Mittel (12) zum Abschälen und Austragen des Schlammkuchen (4).

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus zwei oder mehr zylinderförmig geboge nen, gegebenenfalls perforierten Blechen (5-8) besteht, die radial beweglich an einer zentralen tragenden Welle (10) befestigt sind.