DE4304342C1 - Verfahren zur Herstellung eines Düngemittels auf der Basis von Klärschlamm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dün­ gemittels auf der Basis von Klärschlamm, wobei der Klärschlamm mit einem wasseraufnahmefähigen Calciumsulfat vermischt wird.

Ein Verfahren der Eingangs genannten Art ist aus der DE 35 03 199 C2 gekannt. Bei diesem Verfahren wird der Klärschlamm mit Calciumsulfatdyhydrat-Schlamm versetzt und anschließend einer Schwermetallfällung im flüssigen Zustand unterzogen, wobei zur Erhöhung der Fäll- und Absetzgeschwindigkeit eine Ultraschall­ behandlung vorgenommen wird. Nach Abzug der aus dem Schlamm freigelegten Schwermetalle wird das flüssige Schlammgemisch einer Entwässerung unterzogen. Über die Art und Durchführung der Entwässerung ist dieser Druckschrift nichts zu entnehmen.

Beim Zusatz von Calciumsulfatdyhydrat in Form eines Schlammes entsteht keine feste Matrix. Eine mechanisierte, gut dosierbare Düngerausbringung ist daher mit dem Produkt des bekannten Ver­ fahrens nicht möglich.

Aus der GB 535 059 ist es bekannt, Abwasserschlämme mit Bakte­ rien zu vermischen, zu hydrolisieren und dann zu trocknen. Nach der Vermischung mit verschiedenen Bakterienstämmen wird der Schlamm extrudiert und auf eine Temperatur von ca. 38°C er­ wärmt, so daß die Bakterien aktiviert werden. Das Verfahren der Fermentation benötigt eine längere Verweilzeit zur Aktivierung der Bakterien und führt zu einem Produkt, daß keine hohe mecha­ nische Festigkeit aufweist.

Gemäß GB 488 858 wird einem durch Bakterien infizierten Schlamm noch zusätzlich Zellulosefasern im Verhältnis 1 : 5 zugemischt. Um den dabei entstehenden Ammoniakdampf zu binden, wird Calcium­ sulfat während der Fermentation zugegeben. Als Produkt entsteht eine Masse, bestehend aus Zellulosematerial mit anhaftendem Wasser und Feststoffen, die für mindestens 72 Stunden einer Fermentation bei Temperaturen von ca. 50°C und mehr unterzogen wird.

Aus der DE-PS 5 70 540 ist ferner ein Verfahren zum Trocknen schlammartiger Massen bekannt, bei dem in den Schlamm eine Gips­ platte eingebettet wird und nach Wasseraufnahme wieder entfernt wird. Durch dieses Verfahren soll der Schlamm getrocknet werden, wobei aber keine anorganische Matrix mit ausreichender mechani­ scher Festigkeit entsteht.

Die Verwendung von Klärschlamm, der in kommunalen Kläranlagen in großen Mengen anfällt, als Ausgangsprodukt zur Herstellung von organischen Düngemitteln bietet sich an, da er dem Nährstoff­ gehalt von Stallmist nahe kommt. Abweichend ist der niedrige Kaliumgehalt und der relativ hohe Gehalt an Mikronährstoffen. Insbesondere eignet sich der sogenannte ausgefaulte Klärschlamm zur düngungstechnischen Verwertung. Er läßt sich besser verar­ beiten und genügt den hygienischen Anforderungen. Segne Verwen­ dung kann sowohl als Naßschlamm als auch entwässert als Trocken­ schlamm erfolgen.

Problematisch für den Einsatz als Düngemittel ist der für einige Klärschlämme charakteristisch hohe Gehalt an Schwermetallen wie Blei, Cadmium und auch Quecksilber. Die höheren Schwermetall­ gehalten treten insbesondere dort auf, wo Siedlungsabwässer und industrielle Abwässer in gemeinsamen Kläranlagen zusammengeführt werden. Deshalb werden nur die Klärschlämme verwertet, die nach­ weisbar keine Schwermetalle oder Schwermetalle in unbedeutenden Mengen enthalten. Das sind insbesondere Klärschlämme aus Wohnge­ bieten und ländlichen Gebieten ohne schwermetallhaltige indu­ strielle Abwässer. Der Anteil der Verwertung von Klär­ schlämmen in der Landwirtschaft war in den vergangenen Jahren stark rückläufig, obwohl die Belastungen der Klär­ schlämme durch Schwermetalle zum Teil drastisch reduziert werden konnten. Gleichwohl finden sich immer weniger Land­ wirte bereit, Klärschlämme auf ihre Böden auszubringen. Zum einen liegt es daran, daß sie häufig über genügend wirtschaftseigene Düngemittel wie Gülle und Mist verfügen. Zum anderen wird derzeit der düngungstechnisch verwertbare Klärschlamm in einer Form angeboten, die das Ausbringen mit für die anorganische Düngung üblichen Düngerstreuern bzw. Dosierern, die in der Regel eine relativ genaue Men­ gendosierung ermöglichen, nicht oder nur schwer erlaubt. Deshalb verstärkt sich die Tendenz, immer größere Mengen von Klärschlamm nicht der Landwirtschaft zu zuführen, sondern in Müllverbrennungsanlagen zu verbrennen oder auf Deponien abzulagern. Wenn man dabei berücksichtigt, daß der das Grundwasser stark belastende Nitrat-Stickstoff­ anteil von Klärschlamm bedeutend niedriger ist als der von Gülle und Stallmist ist diese Entwicklungstendenz wenig erfreulich.

Allerdings ist die derzeitige Aufbereitungstechnologie des Klärschlammes sehr aufwendig. Die Lagerung des anfallenden Klärschlammes erfordert große Flächen (Schlammtrocken­ beete) oder das Aufstellen von Schlammsilos oder Eindick­ behälter. Die Entwässerung des Schlammes, der etwa 95% Wasser enthält, wird auch in Zentrifugen, Siebbandpressen und Kammerfilterpressen bis zu einem Restwassergehalt von 60 bis 80% durchgeführt. Sind noch niedrigere Wasserge­ halte erforderlich, müssen energieaufwendige, thermische Trocknungsverfahren eingesetzt werden.

In der DE 26 34 839 C2 wird ein Verfahren zur Behandlung von Abfällen im flüssigen oder Schlammzustand zwecks Ver­ festigung beschrieben. Hierbei wird, wie im Beispiel 5 angegeben, ein Schlamm einer städtischen Reinigungsstation mit metallurgischer Schlacke, Portlandzement, Gips und Flugasche behandelt, so daß im Ergebnis ein festes Material entstand, welches wäßrigen Auslaugungsversuchen widerstehen und mikrobiel­ le Aktivitäten unterbinden soll. Gemäß Anspruch 9 der zitierten Schrift soll dieses Produkt als Düngemittel verwendet werden können. Ein festes Material, das keinerlei Substanzen bei Ein­ wirkung von Wasser freisetzt und auch einem mikrobiellen Angriff widersteht, ist natürlich als Düngemittel ungeeignet, da ein Düngemittel sich insbesondere durch die Freisetzung von für die Pflanzenernährung wichtigen Nährstoffen aufgrund der Einwirkung von Wasser und Mikroorganismen auszeichnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Behandlung von Klärschlämmen anzugeben, das ohne Fermentation zu einem Produkt mit niedrigem Wassergehalt und hoher mechanischer Festigkeit führt, das sowohl bei der mechanisierten Düngeraus­ bringung als auch in der gärtnerischen Produktion und im Hobby­ garten unkompliziert ausbringbar und dosierbar sein soll, wobei das Herauslösen von Pflanzennährstoffen und mikrobielle Aktivi­ täten nicht wesentlich behindert wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zur Herstel­ lung von Düngemitteln aus Klärschlamm gemäß Anspruch 1. Dabei wird der Klärschlamm mit wasseraufnahmefähigem Calciumsulfat vermischt und die so erhaltene pastöse Mischung wird dann einer Granulierung (oder Pelletisierung) unterworfen. Nach dem Errei­ chen der gewünschten Granulatgröße und dem Abbin­ den des Calciumsulfates erfolgt eine Lufttrocknung der Granulate bei 250 bis 50°C.

Dabei wird eine durchschnittliche Granulatgröße der Haupt­ menge von ca. 3-5 mm angestrebt.

Das Calciumsulfat liegt im Endprodukt als vollständig mit Kristallwasser abgesättigtes Calciumsulfat (Gips) vor.

Die Menge des zugegebenen wasseraufnahmefähigen Calcium­ sulfat richtet sich im wesentlichen nach dem Wassergehalt des Klärschlammes, soll aber nicht mehr als 50 Vol-% be­ zogen auf das erfindungsgemäß hergestellte Produkt be­ tragen, da sonst der Anteil pflanzenphysiologisch ver­ wertbarer Produktteile zu gering wird und auch die Frei­ setzung der Nährstoffe behindert werden kann.

Das wasseraufnahmefähige Calciumsulfat kann erfindungs­ gemäß zusätzlich ein Calciumsulfat enthalten, das pro Mol ein halbes Mol Kristallwasser aufweist.

Wasseraufnahmefähiges Calciumsulfat gibt es als schnell abbindendes und als langsam abbindendes Calciumsulfat. Ein schnell abbindendes Calciumsulfat wird gemäß der Erfindung vorteilhafterweise dann eingesetzt, wenn die Granulierung in Strangpreßvorrichtungen durchgeführt wird, so daß das aus der Strangpresse heraustretende Produkt praktisch so fort in eine krümlige, rieselfähige Struktur mit guter Druck- und Abriebfestigkeit übergeht.

Bei der Verwendung von Granuliertellern ist es erfindungs­ gemäß günstiger den Abbindevorgang des Calciumsulfates langsamer ablaufen zu lassen.

Das erreicht man durch den Einsatz des langsam abbindenden Calciumsulfates oder durch eine Mischung von langsam und schnell abbindenden Anteilen.

Eine Optimierung der einzelnen Verfahrensschritte ist notwendig. Sie wird sich im wesentlichen nach den gefor­ derten Parameter wie Korngröße der Granulate und Druck­ festigkeit und nach dem Zustand der Ausgangsstoffe wie Wassergehalt richten.

Sollte der Klärschlamm ein Defizit an bestimmten Haupt­ nährstoffen, wie zum Beispiel Kalium, aufweisen, ist es erfindungsgemäß möglich der Mischung aus Klärschlamm und wasseraufnahmefähigem Calciumsulfat vor der Granulierung weitere Pflanzennährstoffe in Form von anorganischen Verbindungen zu zusetzen. Da dieser Zusatz immer gering sein wird, tritt eine Beeinflussung des technologischen Verfahrensablaufes bezüglich der Viskosität, der Abbinde­ geschwindigkeit der Mischung oder der Granulatgrößenvertei­ lung nicht auf.

Erfindungsgemäß wird die Granulierung der Mischung aus Klärschlamm und wasserfreiem Calciumsulfat vor dem voll­ ständigen Abbinden in an sich bekannten Granulier- oder Pelletiervorrichtungen wie Trommeln und rotierenden Granu­ liertellern oder in Strangpreßvorrichtungen durchgeführt.

Die Luftbehandlung zum Zwecke der Verringerung der Rest­ feuchte der Düngemittelgranulate kann, sofern die Granu­ lierung z. B. in einer Granuliertrommel durchgeführt wird, auch in der Granuliervorrichtung stattfinden. Sie kann aber auch in speziellen Trocknern nach Erreichen der er­ forderlichen Granulatgröße und Überführung der Granulate erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die damit hergestellten organischen Düngemittel weisen verschiedene Vorteile auf.

Der Wassergehalt des Klärschlamms muß nicht durch zusätz­ liche aufwendige Verfahrensschritte gesenkt werden. Unter­ schiedliche Wassergehalte können durch die Menge und die Wasseraufnahmefähigkeit des Calciumsulfates ausgeglichen werden.

Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildete anorganische Matrix auf Calciumsulfatbasis (Gips) ist pflanzenphysiologisch unbedenklich. Sie weist eine poröse Struktur auf, in die die organische Substanz eingelagert ist. Aufgrund dieser Struktur erfolgt die Abgabe der Nähr­ stoffe nicht plötzlich sondern lang anhaltend. Der mikro­ bielle Abbau der organischen Substanz erfolgt ebenso ver­ zögert. Die geringe Löslichkeit der anorganischen Gips-Matrix in Wasser führt zu einer längeren Aufrechter­ haltung und Stabilität der Matrixstruktur. Die Porosität der Matrix und Quelleigenschaften des Klärschlammes sind die Ursache für eine besonders große Wasseraufnahme und die Wiederabgabe des nun nährstoffhaltigen Wassers an die Bodenlösung und damit an die Pflanze.

Die relativ hohe Druckfestigkeit, die Abriebfestigkeit und die Rieselfähigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren hergestellten Düngemittelgranulate erlauben es, diese mit in der Landwirtschaft üblichen Düngerstreuern und Düngerdosierern für Mineraldünger auszubringen. Da­ durch ist eine optimale Düngung möglich, was aus ökolo­ gischen und pflanzentoxikologischen Gründen unerläßlich ist.

Die Überführung von Klärschlämmen nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren in eine auch für den Gewerbegartenbau und für die Hobbygärtner handhabbare Form ist ein wichtiger Vorteil.

Das Verfahren ist einfach in der Durchführung. Die Schaf­ fung der technischen Voraussetzungen erfordert relativ geringe Investitionen. Es kann dort durchgeführt werden, wo der Klärschlamm entsteht nämlich in den Klärwerken insbesondere in den Klärwerken kleinerer Städte und Ge­ meinden.

Die praktische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Eingesetzt wird ein sogenannter ausgefaulter Klärschlamm, der keine nachweisbaren, toxischen Schwermetallgehalte gemäß Klärschlammverordnung besitzt und als Naßschlamm einen Wassergehalt von ca. 75% aufweist. 100 Gew.-Teile dieses Klärschlammes werden mit 100 Gew.-Teilen eines schnell bindenden Calciumsulfats in einem Rührgefäß 5 min intensiv vermischt und anschließend in eine Granulier­ trommel überführt. Die Granuliertrommel dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 200 Umdrehungen/min. Nach 25 min ist der Granuliervorgang beendet. Die Granulate weisen eine durchschnittliche Korngröße von 5 mm auf. Der Rest­ feuchtegehalt beträgt ca. 50%. Bei einer Drehbewegung der Trommel von 10 Umdrehungen/min wird Luft mit einer Temperatur von 30°C eingeblasen. Der Trocknungsvorgang ist nach ca. 5 h beendet. Die Granulate haben eine Restfeuchte von 12%. Die Druckfestigkeit beträgt 190 Kp/cm². Die Granulate sind fast geruchlos und rieselfähig und von bräunlicher Färbung.

Beispiel 2

Die Herstellung der Klärschlammgranulate erfolgt nach dem Herstellungsverfahren des Beispiel 1. Ausgefaulter Klär­ schlamm mit einem Wassergehalt von 70% und α-Gips-Halbhydrat (REA-Gips) werden der Granulierung unterworfen. Bei 200 U/min ist der Vorgang nach 40 min beendet. Die Granulate weisen eine Restfeuchte von 10% auf. Die Druckfestigkeit beträgt 200 kp/cm².

Beispiel 3

Ausgefaulter Klärschlamm mit niedrigem Kaliumgehalt (0,3% i.d.Tr.) wird nach Beispiel 1 verarbeitet. Zusätzlich zu 100 Gew.-Teilen Klärschlamm und 100 Gew.-Teilen eines schnell bindenden Calciumsulfats werden 30 Gew.-Teile Kaliumsulfat, aufgelöst in Wasser (konzentrierte Lösung), dem Rührgefäß zugefügt. Im Ergebnis entsteht ein Granulat, daß ca. 5% Kalium enthält.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines Düngemittels auf der Basis von Klärschlamm, wobei der Klärschlamm mit einem wasserauf­ nahmefähigen Calciumsulfat vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die so erhaltene Mischung vor dem vollständigen Abbin­ den einer Granulierung unterworfen und die Granulate bei 25°C bis 50°C luftgetrocknet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wasseraufnahmefähige Calciumsulfat Calciumsulfat- Halbhydrat und/oder Anhydrit eingesetzt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung aus Klärschlamm und wasseraufnahmefähigem Calciumsulfat vor der Granulierung weitere anorganische Pflanzennährstoffe zugesetzt werden.