DE4323811A1 - Verfahren und Einrichtung zur Entfernung von Flüssigkeit aus einem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Entfernung von Flüssigkeit aus einem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Entfernung von Flüssigkeit aus einem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch, insbesondere Schlämmen, beispielsweise Klärschlamm.
Zur Entfernung von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser aus Schlämmen, beispielsweise Klärschlämmen sind verschiedenste Methoden bekannt. Die meist sehr dünnflüssigen Schlämme werden üblicherweise erst einer mechanischen Entwässerung unterworfen. Diese kann einerseits in Zentrifugen, andererseits auch in Bandpressen, insbesondere sogenannten Siebbandpressen erfolgen. Bei letzteren erfolgt die Entwässerung eventuell nach einer sogenannten Seihzone mit gravitärer Entwässerung zwischen zwei endlosen, umlaufenden Siebbändern. Oft werden dadurch die geforderten Trockengehalte noch nicht erreicht. So kann in einer weiteren mechanischen Entwässerungsstufe, z. B. einer Hochdruckpresse, die ebenfalls als Siebbandpresse ausgebildet sein kann, ein wesentlich höherer Trockengehalt erzielt werden. Eine weitere Reduktion des Wassergehaltes kann dann nur noch thermisch, d. h. in einem direkt beheizten Trockner erfolgen. Diese Trockner haben aber den großen Nachteil, daß bei der Trocknung der Schlämme geruchsbelästigende Gase frei werden sowie durch den Brenner auch für die Umwelt schädliche Gase wie NOx oder CO₂ entstehen, die speziell bei einem Einsatz in Ballungsgebieten Probleme bereiten. Auch sind derartige Anlagen nur für große Durchsatzmengen an Schlamm wirtschaftlich zu betreiben.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur Entfernung von Flüssigkeiten aus Feststoff-Flüssigkeitsmischungen zu schaffen, die einerseits kleine Mengen an schädlichen Gasen an die Umwelt abgibt und andererseits auch für kleine Schlammengen einsetzbar ist. Dies ist besonders für organische Schlämme, Lackschlämme und Klärschlämme speziell bei kleineren Kommunen der Fall.
Die Erfindung ist somit gekennzeichnet dadurch, daß eine erste mechanische Entwässerungsstufe vorgesehen ist, bei der beispielsweise das vorentwässerte Feststoff-Flüssigkeitsgemisch austritt und direkt mindestens einer Trocknungsstufe mittels Hochfrequenzenergie, z. B. Mikrowelle zugeführt wird, wobei das vorentwässerte Material gleichmäßig über die Breite der Hochfrequenztrockenstufe verteilt werden kann. Die Behandlung von vorentwässerten Schlämmen, insbesondere Klärschlämmen mittels Mikrowelle ist besonders vorteilhaft bei bahnförmigem Material durchführbar, da hier das zu trocknende Gut gleichmäßig verteilt vorliegt. Das Material kann dabei von mechanischen Entwässerungsstufen kommen, die bereits Bahnen bilden, wie z. B. Siebbandpressen oder Hochdrucksiebbandpressen. Es kann jedoch auch direkt von anderen Entwässerungsaggregaten wie z. B. Zentrifugen kommen oder von verschiedenen Orten (z. B. Kläranlagen) an eine zentrale erfindungsgemäße Einrichtung zur weiteren Behandlung angeliefert werden, wenn vor Eintritt in die Hochfrequenztrocknungsstufe eine gleichmäßige Verteilung des Materials, insbesondere eine Bahnbildung erfolgt. Durch die Verwendung von Mikrowellensendern, die mit elektrischer Energie betrieben werden, entfällt auch die Entstehung der schädlichen Verbrennungsgase wie NOx und CO₂.
Eine günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das vorentwässerte Feststoff-Flüssigkeitsgemisch als Bahn kontinuierlich der mindestens einen Hochfrequenztrocknung zugeführt und mittels eines Endlosbandes durch die Hochfrequenztrockenstufe geführt wird. Wird die vorentwässerte Materialbahn kontinuierlich auf einem Endlosband der mindestens einen Hochfrequenztrocknung zugeführt, ist eine besonders gleichmäßige Trocknung erzielbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Hochfrequenztrockenstufen in Reihe vorgesehen sind. Werden mehrere Hochfrequenztrockenstufen in Reihe vorgesehen, so kann die Trocknungsleistung günstig an die Erfordernisse angepaßt werden, wobei gegebenenfalls auch eine oder mehrere Trocknungsstufen abgeschaltet werden können.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet dadurch, daß die Verdampfungsleistung der Hochfrequenztrockenstufe(n) stufenlos einstellbar ist. Durch eine stufenlose Einstellbarkeit der Verdampfungsleistung kann die Trocknung besonders günstig den Erfordernissen angepaßt werden. Bei Verwendung mehrerer Mikrowellensender innerhalb einer Trocknungsstufe können auch sehr kleine Baueinheiten, z. B. für Verdampfungsleistungen ab ca. 1 kg/h Wasserverdampfung realisiert werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist gekennzeichnet dadurch, daß die stufenlose Einstellung der Verdampfungsleistung durch Veränderung der Bandgeschwindigkeit erfolgt. Eine derartige Einstellung ist besonders einfach bei Verwendung von drehzahlgeregelten Antriebsmotoren für das Transportband durchführbar.
Eine besonders günstige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich, vorteilhaft warme, Luft über das zu trocknende Gut geführt wird. Diese Luft kann besonders günstig der Kühlluft für die Mikrowellensender entnommen werden und bewirkt eine zusätzliche Trocknung sowie Abfuhr der bei der Hochfrequenztrocknung entstehenden Dämpfe.
Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Entfernung von Flüssigkeit aus einem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch, insbesondere Schlämmen, beispielsweise Klärschlamm, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine erste mechanische Entwässerungseinheit vorgesehen ist, an die unmittelbar mindestens eine Hochfrequenz-Trocknungseinheit anschließt, wobei eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung des Materials, insbesondere Schlammes, über die Breite, insbesondere zur Bildung einer Bahn des Materials vor Eintritt in die mindestens eine Hochfrequenz-Trocknungseinheit vorgesehen sein kann.
Bei einer günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung weist die mindestens eine Hochfrequenz-Trocknungseinheit ein endloses, vorzugsweise flüssigkeitsdurchlässiges, Transportband auf, wobei unterhalb des endlosen Transportbandes ein, vorzugsweise flüssigkeitsdurchlässiger, Stützboden und gegebenenfalls eine Flüssigkeitsauffangwanne vorgesehen ist.
Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet dadurch, daß mindestens zwei Hochfrequenz-Trocknungseinheiten in Reihe vorgesehen sind. Durch Verwendung mehrerer Hochfrequenz-Trocknungseinheiten kann die Trocknung in günstiger Weise den Erfordernissen angepaßt werden.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist gekennzeichnet dadurch, daß am Eintritt und bzw. oder am Austritt in bzw. aus der bzw. jeder, insbesondere vor der ersten und nach der letzten, Hochfrequenz-Trocknungseinheit (eine) Absorberzone(n) vorgesehen ist bzw. sind. So kann vermieden werden, daß Hochfrequenzstrahlung aus der Trocknungseinheit austritt und daß bei Verwendung mehrerer Trocknungseinheiten eine Beeinflussung der einzelnen Einheiten auftritt.
Eine besonders günstige Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet dadurch, daß die Trocknungsleistung der mindestens einen Hochfrequenz-Trocknungseinrichtung, insbesondere mehrere Hochfrequenz-Trocknungseinrichtungen unabhängig voneinander geregelt wird bzw. werden. Durch diese Regelung kann die Trocknungsleistung einfach an die Erfordernisse angepaßt werden.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist gekennzeichnet dadurch, daß Einrichtungen zur Zuführung von insbesondere warmer Luft zur mindestens einen Hochfrequenz-Trocknungseinrichtung vorgesehen sind, wobei auch Einrichtungen zur Abfuhr der Luft, insbesondere zu einem Biofilter, vorgesehen sein können. Damit wird eine besonders günstige Trocknung erzielt.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei
Fig. 1a eine Variante der Erfindung,
Fig. 1b eine zu Fig. 1 analoge Variante der Erfindung,
Fig. 2 eine weitere Variante der Erfindung,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Hochfrequenztrockner der Erfindung,
Fig. 4 einen Querschnitt gemäß Linie IV-IV der Fig. 3,
Fig. 5 einen Hochfrequenztrockner gemäß Fig. 3, mit einer weiteren Variante der Materialzufuhr und
Fig. 6 eine Ansicht der Variante von Fig. 5 darstellt.
Der zu behandelnde Schlamm, z. B. Klärschlamm, Lackschicht od. dgl. wird über eine Leitung 4 einer ersten mechanischen Entwässerungseinheit 1 (Fig. 1a) bzw. Entwässerungseinheit 2 (Fig. 1b) zugeführt. Das mechanisch ausgepreßte Wasser wird über eine Leitung 5 abgeführt. Der entfeuchtete (entwässerte) Feststoff wird als Bahn 6 kontinuierlich einer Aufgabeeinrichtung 7 einer Hochfrequenztrocknungseinrichtung 3, z. B. einer Mikrowellenkammer bzw. einem Mikrowellenofen, aufgegeben. Das Material in Form einer gleichmäßigen Bahn 6 wird durch ein endloses Transportband 8, das über Umlenkwalzen 9 läuft, von denen mindestens eine angetrieben ist, durch die Mikrowellenkammer 3 transportiert. Das Transportband 8 ist vorzugsweise aus Kunststoff und flüssigkeitsdurchlässig, z. B. in Form eines Kunststoffsiebes. In der Mikrowellenkammer 3 wird das Transportband 8 durch einen Stützboden 10 abgestützt. Dieser Stützboden 10, der in Form einer Wanne ausgebildet sein kann, besteht vorteilhafterweise ebenfalls aus Kunststoff. In der Mikrowellenkammer 3 sind ein oder mehrere Mikrowellensender 11 sowohl in Längsrichtung, als auch quer zur Laufrichtung des Transportbandes 8 angebracht. Das getrocknete Gut 12 wird anschließend vom Transportband abgenommen und z. B. bei Klärschlamm deponiert bzw. einer Verbrennung zugeführt oder verwertet.
Fig. 2 stellt eine weitere Variante der Erfindung dar, wobei hier eine erste mechanische Entwässerungsstufe 1 die vorentwässerte Materialbahn 6′ einer zweiten mechanischen Entwässerungsstufe 2 zuführt. Die Entwässerungsstufe 1 besteht hier aus einer sogenannten Siebbandpresse während die Entwässerungsstufe 2 aus einer Hochdruck(band)presse besteht. Der weitere Ablauf entspricht der Fig. 1b.
In Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch einen Hochfrequenztrockner 3 der Erfindung dargestellt. Die mechanisch vorentwässerte Bahn 6 wird einer kontinuierlich arbeitenden Aufgabevorrichtung 7 zugeführt und anschließend als Filterkuchen 20 durch die Mikrowellenkammer 3 transportiert. Am Eintritt und am Austritt des Transportbandes 8 mit dem Filterkuchen 20 sind Absorberzonen 13 vorgesehen, so daß keine hochfrequente Strahlung (Mikrowellen) aus der Mikrowellenkammer 3 austreten können. Zur Kühlung der Mikrowellensender 11 kann Frischluft 14 durch die Senderkammer 15 geführt werden. Diese erwärmte Luft 16 kann in weiterer Folge zur Unterstützung der Trocknung und Abführung der durch die Mikrowelle ausgetriebenen Feuchtigkeit über den bahnförmigen Filterkuchen 20 geblasen werden und über eine Leitung 17 einem Abluftventilator 18 und gegebenenfalls einem Filter, insbesondere Biofilter 19, zugeführt und anschließend an die Umgebung abgegeben werden. Durch das Biofilter 19 können auch geringste Geruchsbelästigung der Umgebung, besonders in Ballungsräumen, vermieden werden.
Ein Querschnitt durch die Mikrowellenkammer 3 gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3 ist in Fig. 4 dargestellt. Es sind hier wiederum das Transportband 8, die Auffangwanne 10, die Materialbahn 20 sowie die Mikrowellensender 11 dargestellt.
Die Fig. 5 stellt einen Hochfrequenztrockner analog zu Fig. 3 dar, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es findet hier eine alternative Variante für die Stoffzufuhr und Verteilung vor dem Hochfrequenztrockner Anwendung. Das Material 6 wird auf ein im wesentlichen geneigtes Förderband 21 aufgegeben. Dieses Förderband wirft das Material auf ein weiteres, reversierendes Förderband 22 ab, von wo aus es gleichmäßig über die Breite eines Aufgabekastens 7′ verteilt und auf das Transportband 8 des Hochfrequenztrockners 3 aufgegeben wird. In Fig. 6 ist die Verteilfunktion näher dargestellt, wobei das Ende des Förderbandes 22 entlang eines Verteilbereiches A bewegt wird. Das andere Ende des Bandes wird dabei innerhalb des Verstellbereiches B bewegt, wobei die Bewegung in Richtung des Pfeiles 23 erfolgt. Durch eine derartige Vorrichtung kann auch schwer fließendes Material gleichmäßig und praktisch bahnförmig über die Breite des Transportbandes 8 verteilt werden.
Es sind auch weitere Varianten im Rahmen der Ansprüche denkbar, insbesondere können auch andere Zufuhreinrichtungen, beispielsweise Schneckenförderer statt der Förderbänder verwendet werden.

Claims (16)

1. Verfahren zur Entfernung von Flüssigkeit aus einem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch, insbesondere Schlämmen, beispielsweise Klärschlamm, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste mechanische Entwässerungsstufe vorgesehen ist, bei der das vorentwässerte Feststoff-Flüssigkeitsgemisch austritt und direkt mindestens einer Trocknungsstufe mittels Hochfrequenzenergie z. B. Mikrowelle zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorentwässerte Material gleichmäßig über die Breite der Hochfrequenztrockenstufe verteilt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorentwässerte Feststoff-Flüssigkeitsgemisch als Bahn kontinuierlich der mindestens einen Hochfrequenztrocknung zugeführt und mittels eines Endlosbandes durch die Hochfrequenztrockenstufe geführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Hochfrequenztrockenstufen in Reihe vorgesehen sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsleistung der Hochfrequenztrockenstufe(n) stufenlos einstellbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenlose Einstellung der Verdampfungsleistung durch Veränderung der Bandgeschwindigkeit erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich vorteilhaft warme Luft über das zu trocknende Gut geführt wird.
8. Einrichtung zur Entfernung von Flüssigkeit aus einem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch, insbesondere Schlämmen, beispielsweise Klärschlamm, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste mechanische Entwässerungseinheit (1, 2) vorgesehen ist, an die unmittelbar mindestens eine Hochfrequenz-Trocknungseinheit (3) anschließt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (7, 7′′) zur gleichmäßigen Verteilung des Materials, insbesondere Schlammes über die Breite, insbesondere zur Bildung einer Bahn (20) des Materials vor Eintritt in die mindestens eine Hochfrequenz-Trocknungseinheit (3) vorgesehen ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Hochfrequenz-Trocknungseinheit (3) ein endloses, vorzugsweise flüssigkeitsdurchlässiges, Transportband (8) aufweist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des endlosen Transportbandes (8) ein, vorzugsweise flüssigkeitsdurchlässiger, Stützboden (10) und gegebenenfalls eine Flüssigkeitsauffangwanne vorgesehen ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Hochfrequenz-Trocknungseinheiten (3) in Reihe vorgesehen sind.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Eintritt bzw. oder am Austritt in bzw. aus der bzw. jeder, insbesondere vor der ersten und nach der letzten, Hochfrequenz-Trocknungseinheit (3) (eine) Absorberzone(n) (13) vorgesehen ist bzw. sind.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungsleistung der mindestens einen Hochfrequenz-Trocknungseinrichtung (3), insbesondere mehrere Hochfrequenz-Trocknungseinrichtungen (3) unabhängig voneinander geregelt wird bzw. werden.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (14, 16) zur Zuführung von insbesondere warmer Luft zur mindestens einen Hochfrequenz-Trocknungseinrichtung vorgesehen sind.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (17, 18) zur Abfuhr der Luft, insbesondere zu einem Biofilter (19), vorgesehen sind.
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