DE4215172C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verfestigung von salzhaltigen Abfallflüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfestigung von Abfallflüssigkeiten, die hohe Salzkonzentrationen oder zu Verkrustungen auf beheizten Flächen neigende Salze enthalten, durch Vorbehandlung der Abfallflüssigkeiten, Einleiten in einen Dünnschichtverdampfer, Austragen der Feststoffgemische in einen Speicherbehälter und Verarbeiten zu einem deponiefähigen Gebinde.

In technischen Anlagen, wie z. B. Rauchgasreinigungsanlagen oder Müllverbrennungsanlagen, entstehen salzhaltige Abwässer, die gegebenenfalls nach einer Vorkonzentration hohe Salzfrachten bis beispielsweise 450 g/l enthalten und teilweise zu Verkrustungen an den beheizten Flächen führen, die zum Eindampfen erforderlich sind. Das Eindampfen bietet hierbei entscheidende Vorteile: Minimierung und Verfestigung der Rückstände, Rückgewinnung des Prozeßwassers in hochreiner Form, keine Gewässerbelastung durch Salze, Reduzierung der Abwassermengen und Deponiekosten.

Das Eindampfen solcher wäßriger Abfallflüssigkeiten erfolgt vorzugsweise in Dünnschichtverdampfern. Dabei wird das einzudampfende Produkt durch Wischerblätter ständig als dünner Film auf der Heizfläche des Verdampfers verteilt.

Dadurch werden gute Wärmeübergänge und hohe Durchsatzleistungen erreicht. Bei hohen Salzkonzentrationen in der Abfallflüssigkeit, die zum Teil auch auf Vorkonzentrierungen beruhen, besteht die Gefahr, daß pastöse Feststoffe entstehen, die nur relativ langsam im Dünnschichtverdampfer trocknen, oder daß sich Verkrustungen bilden, verbunden mit einem erhöhten mechanischen Verschleiß der beweglichen Teile des Verdampfers.

In der DE-OS 31 14 060 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfestigung von salz- und borathaltigen, radioaktiven Abfallflüssigkeiten beschrieben, durch eine chemische Behandlung der Abfallflüssigkeiten mit Kalk, Einleiten in einen Dünnschichtverdampfer, wobei in diesem nur eine Aufkonzentrierung stattfindet, und Eingabe des Konzentrats in einen Mischer, der eine beheizte Wand und Rotoreinrichtungen aufweist, in dem die restliche Flüssigkeit entfernt und der Feststoff abschließend in ein Bindemittel eingehüllt wird. Durch die Verwendung eines speziellen Mischers zur Entfernung des restlichen Wassers kann eine solche Verfestigungsanlage nur einen relativ kleinen Mengendurchsatz bewerkstelligen, da das Trocknen in diesem Mischer sehr zeitaufwendig ist. Die Vorteile der Dünnschichtverdampfung werden bei diesem Verfahren nicht voll ausgenutzt.

Aus der DE-OS 23 46 609 und der Chem. Ing. Techn. 51, Nr. 1, Seite 44/45 (1979) ist es bekannt, bei Entspannungsverdampfungsanlagen zur Vermeidung von Verkrustungen einen flüssigen Wärmeträger in Form von Mineralölen der salzhaltigen Abfallflüssigkeit zuzusetzen. Über die Wärmeträgermenge werden keine Angaben gemacht, doch soll diese eine geschlossene Phase bilden, so daß wesentlich mehr als 10 Vol.-% Mineralöl zugesetzt werden müssen.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfestigung von Abfallflüssigkeiten zu entwickeln, die hohe Salzkonzentrationen oder zu Verkrustungen auf beheizten Flächen neigende Salze enthalten, durch Vorbehandlung der Abfallflüssigkeiten, Einleiten in einen Dünnschichtverdampfer, Austragen der Feststoffgemische in einen Speicherbehälter und Verarbeiten zu einem deponiefähigen Gebilde. Dabei sollte das Verfahren so ausgelegt werden, daß die Wasserverdampfung so weit wie möglich im Dünschichtverdampfer stattfindet, um eine hohe Durchsatzleistung zu erzielen. Außerdem sollte eine entsprechende Vorrichtung entwickelt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor dem Einleiten in den Dünnschichtverdampfer der Abfallflüssigkeit ein Mineralöl in Mengen von 0,3 bis 5 Vol.-% zugesetzt wird, daß der Volumenstrom der Abfallflüssigkeit in den Dünnschichtverdampfer so reguliert wird, daß beim Austrag aus dem Dünnschichtverdampfer ein weitgehend entwässertes Feststoffgemisch entstanden ist,
daß dieses Feststoffgemisch beim Austrag aus dem Dünnschichtverdampfer auf Restfeuchtigkeit gemessen wird,
daß beim Unterschreiten einer Restfeuchtigkeit von 15 bis 20 Gew.-% das Feststoffgemisch über ein Austragungselement in einen Speicherbehälter überführt, beim Überschreiten einer Festfeuchtigkeit von 15 bis 20 Gew.-% das Feststoffgemisch in einen zweiten Trockner gegeben und nach einer weiteren Trocknung über ein Austragungselement in den Speicherbehälter überführt wird, wobei im Austragungselement und im Speicherbehälter eine weitere Zerkleinerung der Feststoffe stattfindet.

Vorzugsweise verwendet man ein Mineralöl mit Zusätzen an Emulgatoren und Korrosionsinhibitoren. Die Zusatzmenge von 0,3 bis 5 Vol.-% bezieht sich auf das Abfallflüssigkeitsvolumen.

Außerdem ist es vorteilhaft, die Abfallflüssigkeit vor der Einspeisung in den Dünnschichtverdampfer auf 50 bis 60°C zu erwärmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ein- oder zweistufig durchgeführt werden. Die Zweistufigkeit ist vor allem erforderlich, wenn die Abfallflüssigkeiten hohe Salzfrachten mit zur Verkrustung neigende Salze als Hauptbestandteil enthalten, um die Durchsatzmenge pro Zeit zu erhöhen, sowie die Störanfälligkeit des Dünnschichtverdampfers zu minimieren. Bei bestimmten Salzen, wie Boraten, ist es wegen der Neigung zur Ausbildung harter, festhaftender Krusten im Dünnschichtverdampfer oft vorteilhaft, dem Feststoffgemisch einen Feuchtigkeitsgehalt von 20 bis 40 Gew.-% zu belassen und es im noch fließfähigen Zustand auszuschleusen. Die vollständige Trocknung erfolgt dann in einem zweiten Trockner, der nicht als Dünnschichtverdampfer ausgebildet ist, sondern aus anderen handelsüblichen Geräten bestehen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einer Vorrichtung durchgeführt, die im wesentlichen aus einem Mischgefäß zur Vorbehandlung der Abfallflüssigkeiten, einem mit Wischerblättern versehenen Dünnschichtverdampfer, einem Mehrwegeventil am Ausgang des Dünnschichtverdampfers und einem Speicherbehälter besteht. Besondere Merkmale dieser Vorrichtung sind die Anbringung eines Meßinstrumentes im Bereich des Mehrwegeventils zur berührungslosen Messung der Restfeuchte des aus dem Dünnschichtverdampfer austretenden Abfallgemisches, der Einbau eines zweiten Trockners zwischen dem Mehrwegeventil und dem Speicherbehälter und die Anbringung eines Austragungselementes zwischen dem Mehrwegeventil und dem Speicherbehälter, das sowohl vom Dünnschichtverdampfer als auch vom zweiten Trockner beschickbar ist.

Vorteilhafterweise ist das Mehrwegeventil als Zweiwegeventil ausgebildet, das aus einem zylinderförmigen, mit zwei Abdeckungen beidseitig verschlossenen, auf der Zylinderwandung mit drei Anschlüssen versehenen Gehäuse besteht, die Anschlüsse wechselweise mit einem von außen auf der Zylinderinnenwandung bewegbaren zylinderförmigen Segment verschlossen werden können und zwischen den Anschlüssen auf der Zylinderinnenwand ein oder mehrere zylinderförmige Segmente mit Abstand zur Wand befestigt sind, wobei deren Abstand von der Zylinderinnenwand der Dicke des beweglichen Segments entspricht.

Das Austragungselement ist vorzugsweise L-förmig ausgebildet, wobei der vertikal angeordnete, rohrförmig ausgebildete kurze Schenkel als Einlauf für das Feststoffgemisch aus dem Dünnschichtverdampfer dient, der horizontal angeordnete, ebenfalls rohrförmig ausgebildete, einem Auslauf und einem Einlauf für das Feststoffgemisch aus dem zweiten Trockner aufweisende lange Schenkel mit einer von außen angetriebenen Doppelschnecke zum Transport und zur Zerkleinerung des Feststoffgemisches ausgestattet ist.

Es ist weiterhin von Vorteil, den Boden der Verbindung von kurzem und langem Schenkel des Austragungselements abzuschrägen und mit einem rotierenden, zweischenkligen Messer zu versehen, dessen einer Schenkel parallel zum abgeschrägten Boden und dessen anderer Schenkel parallel zum kurzen Schenkel des Austragungselements angeordnet sind.

Die Abb. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verfestigung von salzhaltigen Abfallflüssigkeiten in beispielhafter Ausführungsform, die Abb. 2 und 3 das Mehrwegeventil bzw. das Austragungselement. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Mischgefäß (1) zur Vorbehandlung der Abfallflüssigkeiten, einem Dünnschichtverdampfer (2) mit Brüdenabzug (3), einem Mehrwegeventil (4) am Ausgang (5) des Dünnschichtverdampfers (2), einem Austragungselement (6) und einem Speicherbehälter (7).

Die salzhaltigen Abfallflüssigkeiten werden in einem beheizbaren Mischgefäß (1) behandelt, das mit einem Rührwerk ausgestattet ist. Je nach Zusammensetzung der Salze wird die Abfallflüssigkeit im Mischgefäß (1) einer chemischen Behandlung unterzogen, um Feststoffe, die den Trocknungsprozeß wesentlich erschweren, mit Zusatzchemikalien reagieren zu lassen. Zur Reduzierung der mechanischen Beanspruchung rotierender Teile im Dünnschichtverdampfer wird der Abfallflüssigkeit ein Mineralöl zudosiert, vorzugsweise ein handelsübliches Bohröl.

Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, die Abfallflüssigkeiten im Mischgefäß (1) mittels einer Heizung (8) auf 50 bis 60°C vorzuwärmen, bevor sie über eine Leitung (9) und eine Dosierpumpe (10) in den Dünnschichtverdampfer (2) eingespeist werden. Ein solcher Dünnschichtverdampfer (2) besteht aus einem mit einer Heizung (11) versehenen Gehäuse (12), in dessen Innern ein mit Wischerblättern versehener Rotor (13) sitzt, der mit hoher Drehzahl die Abfallflüssigkeit als dünnen Film auf dem erhitzten Gehäuse (12) verteilt. Die (nichteingezeichneten) Wischerblätter haben die Aufgabe, das entstehende Feststoffgemisch von der Innenwand der Gehäuse (12) abzukratzen und sie dem Ausgang (5) des Dünnschichtverdampfers (2) zuzuführen. Die verdampfende Flüssigkeit wird über einen Brüdenabzug (3) entfernt und kann wiederverwendet werden.

Während des Trocknungsvorgangs im Dünnschichtverdampfer (2) können Probleme auftreten, beispielsweise infolge Inkrustierungen auf der Innenwand des Gehäuses (12), durch Staubentwicklung am Ausgang (5) oder durch hohe mechanische Beanspruchung der rotierenden Teile. Die Inkrustierungen und die mechanischen Beanspruchungen werden durch den Zusatz von Mineralöl zur Abfallflüssigkeit minimiert. Die Staubbildung kann vermieden werden, indem man bei der Einspeisung den Volumenstrom erhöht, so daß im Feststoffgemisch eine Restfeuchte bis zu 20 Gew.-% verbleibt. Dabei ist auch wichtig, daß die Wischerblätter in der Trocknungszone besonders stabil am Rotor (13) befestigt sind.

Durch periodisch ablaufende Spülvorgänge mit heißem Wasser lassen sich eventuell doch auftretende Inkrustierungen entfernen.

Am Ausgang (5) des Dünnschichtverdampfers (2) ist ein Mehrwegeventil (4) angebracht, über das das Feststoffgemisch entweder über ein Austragungselement (6) einem Speicherbehälter (7) oder einem zweiten Trockner (14) zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist im Bereich des Mehrwegeventils (4) ein Meßinstrument (31) im berührungslosen Messen der Restfeuchte im Feststoffgemisch angeordnet, das bei Restfeuchten oberhalb 15 bis 20 Gew.-% das Mehrwegeventil (4) so steuert, daß das Feststoffgemisch dem zweiten Trockner (14) zugeführt wird, bei Restfeuchten unterhalb von 15 bis 20 Gew.-% dem Speicherbehälter (7). Solche Meßverfahren und Meßinstrumente sind beispielsweise in der EP-PS 03 91 128 und in der US-PS 46 44 163 beschrieben.

Die konstruktiven Einzelheiten eines vorteilhaften Mehrwegeventils (4) sind schematisch in der Abb. 2 dargestellt. Es besteht aus einem zylinderförmigen Gehäuse (15), das mit zwei Abdeckungen beidseitig verschlossen ist. An dem zylinderförmigen Gehäuse sind drei Anschlüsse (16, 17, 18) in Form von Flanschen angebracht, von denen ein Anschluß (16) mit dem Dünnschichtverdampfer (2), der zweite Anschluß (17) mit dem Austragungselement (6) und der dritte Anschluß (18) mit dem zweiten Trockner (14) verbunden sind. Diese Anschlüsse können wechselweise mit einem von außen bewegbaren zylinderförmigen Segment (19) verschlossen werden. Zwischen zwei Anschlüssen ist auf der Zylinderinnenwand (21) ein weiteres zylinderförmiges Segment (20) fest angebracht, dessen Abstand von der Zylinderinnenwand (21) der Dicke des beweglichen Segments (19) entspricht.

Durch die Rotation des bewegbaren Segments (19) werden Salzablagerungen auf demselben stets sofort wieder automatisch abgekratzt. Beim Verschließen des ersten Anschlusses (16) mit dem beweglichen zylinderförmigen Segment (19) kann der Dünnschichtverdampfer (2) zur Ablösung von Inkrustierungen mit heißem Wasser geflutet werden. Beim Verschließen des zweiten Anschlusses (17) gelangt das Feststoffgemisch in den zweiten Trockner (14) und beim Verschließen des dritten Anschlusses (18) in das Austragungselement (6).

Das in Abb. 3 schematisch dargestellte Austragungselement (6) stellt eine vorteilhafte Ausführungsform dar. Es ist L-förmig ausgebildet, wobei der kurze Schenkel vertikal angeordnet ist und als Einlauf für das Feststoffgemisch dient. Der lange Schenkel (23) ist horizontal angeordnet und enthält vorzugsweise eine von außen angetriebene Doppelschnecke (24) zum Transport und zur Zerkleinerung des Feststoffgemischs. Dieser Schenkel (23) ist mit einem Auslauf (25) und einem zweiten Einlauf (26) versehen, der mit dem zweiten Trockner (14) in Verbindung steht. Der Boden (27) der Verbindung zwischen kurzem Schenkel (22) und langem Schenkel (23) ist abgeschrägt und zur zusätzlichen Zerkleinerung der Feststoffmasse und zur Sauberhaltung der Wandungen mit einem rotierenden, zweischenkligen Messer (28) versehen, dessen einer Schenkel (29) parallel zum abgeschrägten Boden (27) und dessen anderer Schenkel (30) parallel zum kurzen Schenkel (22) des Austragungselementes angeordnet sind.

Beim zweiten Trockner (14) handelt es sich um einen handelsüblichen Trockner, der unterschiedliche Bauarten aufweisen kann. In ihm wird die aus dem Dünnschichtverdampfer (2) austretende, noch feuchte und pastöse Feststoffmasse auf eine Restfeuchte von etwa 1 bis 10 Gew.-% getrocknet und dem Austragungselement (6) über den Einlauf (26) zugeführt.

Vom Austragungselement (6) wird das trockne und pulver- bzw. granulatförmige Feststoffgemisch in den Speicherbehälter (7) überführt und gelagert. Das dort durch entsprechende Einbauten in Bewegung gehaltene, homogenisierte und teilweise granulierte Produkt kann anschließend weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch Einbettung in ein Bindemittel, wie Zement oder Bitumen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Verfestigung von Abfallflüssigkeiten, die hohe Salzkonzentrationen oder zu Verkrustungen auf beheizten Flächen neigende Salze enthalten, durch Vorbehandlung der Abfallflüssigkeiten, Einleiten in einen Dünnschichtverdampfer, Austragen der Feststoffgemische in einen Speicherbehälter und Verarbeitung zu einem deponiefähigen Gebilde, dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Einleiten in den Dünnschichtverdampfer der Abfallflüssigkeit ein Mineralöl in Mengen von 0,3 bis 5 Vol.-% zugesetzt wird,
daß der Volumenstrom der Abfallflüssigkeit in den Dünnschichtverdampfer so reguliert wird, daß beim Austrag aus dem Dünnschichtverdampfer ein weitgehend entwässertes Feststoffgemisch entstanden ist, daß dieses Feststoffgemisch beim Austrag aus dem Dünnschichtverdampfer auf Restfeuchtigkeit gemessen wird,
daß beim Unterschreiten einer Restfeuchtigkeit von 15 bis 20 Gew.-% das Feststoffgemisch über ein Austragungselement in einenn Speicherbehälter überführt, beim Überschreiten einer Restfeuchtigkeit von 15 bis 20 Gew.-% das Feststoffgemisch in einen zweiten Trockner gegeben und nach einer weiteren Trocknung über ein Austragungselement in den Speicherbehälter überführt wird, wobei im Austragungselement und im Speicherbehälter eine weitere Zerkleinerung des Feststoffgemischs stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Mineralöl mit Zusätzen an Emulgatoren und Korrosionsinhibitoren verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallflüssigkeiten auf Temperaturen von 50 bis 60°C erwärmt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfestigung von salzhaltigen Abfallflüssigkeiten nach Anspruch 1 bis 3, bestehend aus einem Mischgefäß zur Vorbehandlung der Abfallflüssigkeiten, einem mit Wischerblättern versehenen Dünnschichtverdampfer, einem Mehrwegeventil am Ausgang des Dünnschichtverdampfers und einem Speicherbehälter, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich des Mehrwegeventils (4) ein Meßinstrument (31) zur berührungslosen Messung der Restfeuchte des aus dem Dünnschichtverdampfer (2) austretenden Abfallgemisches angebracht ist,
daß zwischen dem Mehrwegeventil (4) und dem Speicherbehälter (7) ein zweiter Trockner (14) einbaubar ist
und daß zwischen dem Mehrwegeventil (4) und dem Speicherbehälter (7) ein Austragungselement (6) angebracht ist, das sowohl vom Dünnschichtverdampfer (2) als auch vom zweiten Trockner (14) beschickbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrwegeventil (4) als Zweiwegeventil ausgebildet ist, das aus einem zylinderförmigen, mit Abdeckungen beidseitig verschlossenen, auf der Zylinderwandung mit drei Anschlüssen (6, 17, 18) versehenen Gehäuse (15) besteht, die Anschlüsse (16, 17, 18) mit einem von außen auf der Zylinderinnenwandung (21) bewegbaren zylinderförmigen Segment (19) verschlossen werden können und zwischen den Anschlüssen (16, 17, 18) auf der Zylinderinnenwand (21) ein oder mehrere zylinderförmige Segmente (20) mit Abstand zur Innenwand (21) befestigt sind, wobei deren Abstand zur Zylinderinnenwand (21) der Dicke des beweglichen Segments (19) entspricht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Austragungselement (6) L-förmig ausgebildet ist, wobei der vertikal angeordnete, rohrförmig ausgebildete kurze Schenkel (22) als Einlauf für das Feststoffgemisch aus dem Dünnschichtverdampfer (2) dient, der horizontal angeordnete, ebenfalls rohrförmig ausgebildete, einen Auslauf (25) und einen Einlauf (26) für das Feststoffgemisch aus dem zweiten Trockner (14) aufweisende lange Schenkel (23) mit einer von außen angetriebenen Doppelschnecke (24) zum Transport und zur Zerkleinerung des Feststoffgemisches ausgestattet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (27) der Verbindung zwischen kurzem Schenkel (22) und langem Schenkel (23) des Austragungselements (6) abgeschrägt und mit einem rotierenden, zweischenkligen Messer (28) versehen ist, dessen einer Schenkel (29) parallel zum abgeschrägten Boden (27) und dessen anderer Schenkel (30) parallel zum kurzen Schenkel (22) des Austragungselements (6) angeordnet ist.