DE4334698A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Schlämmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung für die kontinuierliche Aufbereitung und Trocknung von Schlamm mit einem Walzwerk.

In vielen Verfahrensabläufen fallen Schlämme an, die aus einem unterschiedlichen Feststoffanteil von 10 bis 85 Gewichtsprozenten, meist mehreren flüssigen Komponentengemischen von Wasser, Lös­ ungsmitteln und anderen flüssigen Bestandteilen bestehen.

Metallhydroxid-Schlämme, Lackschlämme, Klärschläm­ me und vielen Gemischen ist gemeinsam, daß sie außerordentlich schlecht hantierbar sind. Sie ver­ seuchen mit Gerüchen und Bakterien die Umwelt. Wegen des schwankenden Wassergehaltes und wegen unkontrollierbarer Lösungsmittelgemische besteht im Brandfall Explosionsgefahr.

Für diese vermischten Problemschlämme kommt als umweltverträgliche Entsorgung und Endlösung eine Überführung der Reststoffe in wasserunlösliche Sub­ stanzen, wie z. B. Silikatasche usw., durch eine kontrollierte Hochtemperaturverbrennung in Frage. Hierfür ist es jedoch notwendig, daß die Schlämme aufbereitet werden. Die Lösungsmittel müssen zur Vermeidung von Explosionen entfernt werden. Der Wassergehalt ist soweit zu reduzieren, daß die Verbrennungstemperatur nicht durch unkontrol­ lierte Wassereinwirkung im Ofen abstürzt und keine Schwelvergasung bei niedrigen Temperaturen zwischen 300 und 450°C mit Dioxinbildung eintritt.

Deshalb ist der Aufbereitungsprozeß der Schlämme als Trocknungsvorgang in dem engen Temperaturbe­ reich von ca. 140 bis 250°C auszuführen, damit einerseits die Bakterien sicher abgetötet werden, andererseits jede Art von Dioxin-Bildung mit Sich­ erheit vermieden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schlämme in einem offenen System mit einer Feststoffsubstanz bin auf Restfeuchten von 2% oder weniger zu Ent­ wässern und Aufzukonzentrieren, damit rieselfähige granulier- und mahlfähige Trockensubstanzen ent­ stehen, wobei die Nachteile der bisherigen Auf­ bereitung von Schlämmen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gelöst, wie in den Patentansprüchen beschrieben. Dabei sind eine oder mehrere Walzen­ paare so ausgebildet, daß beim Trocknen des Schlam­ mes gefahrlos Lösungsmittel ausdampfen, die abge­ saugt in Kondensatoren niedergeschlagen und zur Restdestillation gesammelt werden. Auch werden durch Erhitzen des Schlammes und Niederschlagen der Geruchsstoffe in Wasservorlagen Faulprozesse abgebrochen.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in einer Zeichnung dargestellt sind, wird die Erfindung und deren Wirkungen nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 die Ansicht eines Walzwerkes,

Fig. 2 eine schematische Darstellung für die Behandlung der abgesaug­ ten Gase,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Walzen­ paar,

Fig. 4 eine Kaskadenanordnung mehrerer Walzwerke.

Das Walzwerk 1 besteht aus zwei in einem Gestell 4 horizontal, parallel in Lagern 38 gelagerten Walzen 2 und 3, die einen engen Walzenspalt 5 bilden, der an den beiden Ballenenden durch keilförmige Begrenz­ ungsbacken 6 und 7 abgeschlossen ist. Die eine Walze, die Arbeitswalze 2, ist fest gelagert, die Gegenwalze 3 ist über Hydraulikzylinder 8 und 9 verschiebbar gelagert, so daß der Walzenspalt 5 einstellbar ist. Die Walzen 2, 3 sind mit einem Verhältnis Durchmesser zu Ballenlänge größer als 1 zu 3 bis 1 zu 20 hergestellt, wobei die Drehge­ schwindigkeit der Walzen 2, 3 bei 0,1 bis 2,0 m/sec liegt.

Die Walzen 2, 3 werden einzeln mit unterschiedlichen Drehzahlen V1 und V2 gegenläufig angetrieben. Die höhere Oberflächengeschwindigkeit V1 der Arbeits­ walze 2 bewirkt, daß das Produkt 10 auf der Walzen­ oberfläche 11 mehr haftet als auf der Oberfläche 12 der langsameren Gegenwalze 3. Die Oberflächen 11, 12 der Walzen 2, 3 werden über Drehdurchführungen 13 mit Innenverteiler 14 von innen mit Dampf, Druck­ wasser, umgepumptem Temperieröl, bzw. von innen elektrisch oder mit Gasflammen beheizt. Die Ober­ flächentemperaturen der Walzen 2, 3 sind zwischen 120 und 250°C oder höher einstellbar.

Abhängig vom Produkt werden die Walzenoberflächen 11, 12 bei stark gasenden Produkten mit nicht dar­ gestellten Entlüftungs- und Transportnuten mit gleichläufigen Steigungswinkeln von 30 bis 85° ausgerüstet. In den meisten Fällen genügen unge­ nutete Walzenoberflächen.

Bei der Beschickung wird das schlammförmige Pro­ dukt 10 randvoll in den Bereich des oberen Walzen­ spaltes 5 aufgegeben. Die heißen Walzenoberflächen 11, 12 bringen das im Schlamm enthaltene Wasser und die Lösungsmittel in der Kontaktzone zum Verdampfen. Dabei baut sich im Kontaktbereich des Metalls zum Schlamm kontinuierlich zur engsten Stelle des Walzenspaltes 5 hin eine wachsende Feststoffschicht als Materialkuchen 15 auf. Er lagert sich im Be­ reich des Walzenspaltes 5 auf beiden Walzenober­ flächen 11, 12 an. Im Walzenspalt 5 entwickelt sich ein hoher Druck, der je cm Spaltlänge zwischen 2.000 und 10.000 N beträgt. Der Materialkuchen 15 wird hierdurch intensiv zusammengepreßt. Er dichtet den Walzenspalt 5 gegen Flüssigkeitsdurchtritt ab.

Da die Arbeitswalze 2 ca. 5% bis 50% schneller angetrieben wird als die Gegenwalze 3, staut sich der Materialkuchen 15 vor der engsten Stelle des Walzenspaltes 5, faltet sich zusammen, löst sich von den metallischen Walzenoberflächen 11, 12 ab und strömt als Quellfluß im Materialvorrat 10 nach oben und dann wieder zurück in den Materialkuchen 15, so wie es die Pfeile a und b zeigen.

Beim Passieren der engsten Stelle des Walzenspal­ tes 5 unter hohem Druck, wird der feste Material­ kuchen 15 von beiden Walzenoberflächen 11, 12 unter­ schiedlich stark aufgeheizt. Dabei wird die Tem­ peratur der materialfreien Gegenwalze 3 häufig 20 bis 60°C höher eingestellt als die Temperatur der Arbeitswalze 2. Hierdurch entsteht in der Grenzschicht zwischen der metallenen Oberfläche 12 und dem Materialkuchen 15 an der materialfreien Gegenwalze 3 eine Dampfblasenschicht mit höherem Druck als an der Arbeitswalze 2. Beim Verlassen der engsten Stelle des Walzenspaltes 5 entspannen sich diese Dampfblasen in der Grenzschicht der materialfreien Gegenwalze 3, lösen das Produkt ab und pressen es gegen die Oberfläche 11 der Arbeits­ walze 2. Diese aufbrechenden Dampfblasen 16 ent­ wickeln in der Außenschicht der Produktoberfläche eine poröse, dampfdurchlässige Feststoffschicht 17, welche an der schneller drehenden Arbeitswalze 2 haften bleibt.

Während des jetzt folgenden Trocknungsvorganges wird dem Feststoff 17 vom Inneren der Arbeitswalze 2 her sehr viel Trocknungsenergie zugeführt. Die Fest­ stoffschicht 17 wird auf der Walzenoberfläche 11 trocken-fest bis spröde und dann nach einer weite­ ren halben Walzendrehung von einem vorgespannten Abstreifermesser 18 abgeschabt. Das Material fällt in Schuppenform 19 in eine Auffangwanne 20 und dampft dort noch weiter aus. Die metallisch blanke Walzenoberfläche 11 heizt sich sofort wieder auf und schiebt sich in den im Walzenspalt 5 befindli­ chen Schlammvorrat 10. Zu große Schuppenstücke lassen sich durch eine mitlaufende, nicht darge­ stellte Schneidwalze zerkleinern.

Die an sich materialfreie Gegenwalze 3 ist gleich­ falls mit einem Abstreifermesser 21 ausgerüstet, damit kontinuierlich feinste Feststoffanbackungen an der Walzenoberfläche 12 abgetragen werden.

Der zu behandelnde Schlamm wird je nach Feststoff­ gehalt aus einem Vorratsbehälter 22 mit Hilfe von Membranpumpen oder einem Schneckenförderer 23 mit Gehäuse 24 und Öffnungen 25 und 26 gleichmäßig und kontinuierlich an verschiedenen Stellen über einen Trichter 27 mit einstellbaren Öffnungen 28 dem Walzenspalt 5 zugeführt.

Schlammbrocken oder -pasten können bei kleinen Mengen auch mit einer Schaufel aufgegeben werden.

Die Arbeitswalze 2 wird beispielsweise auf 120° bis 160°C, die Gegenwalze 3 auf 180° bis 200°C beheizt. Der Walzenspalt 5 wird im Beispiel auf ca. 1,5 mm eingestellt, wobei je nach Produkt und Feststoffgehalt auch mit Spaltbreiten von 0,5 bis ca. 5,0 mm gearbeitet werden kann.

Durch die unterschiedlichen Drehzahlen V1 und V2 der beiden Walzen 2, 3 wird Scherung in den Fest­ stoff im Walzenspalt 5 eingebracht. Die Scherung bewirkt das Ablösen der Feststoffschicht von den Walzenoberflächen 11, 12 und das Auffalten im Wal­ zenspalt 5. Es entsteht eine Materialrotation im Inneren des Materialknets 10 (siehe Pfeile a + b) und hierdurch eine wirksame Entgasung. Beim Ver­ lassen des Walzenspaltes 5 wird der Materialkuchen 15 mitgeschleppt. Er entgast lebhaft an der Ober­ fläche 11 der schneller drehenden Arbeitswalze 2. Die Oberflächengeschwindigkeit der Arbeitswalze 2 wird im praktischen Betrieb, abhängig vom Produkt­ typ und -zustand, zwischen ca. 5 und 35% schneller eingestellt als bei der Gegenwalze 3. Die prakti­ sche Arbeitsgeschwindigkeit wird anlageabhängig bestimmt durch die Durchmesser der beiden Walzen 2, 3 und die Leistungsfähigkeit der Wärmeübertrag­ ung, sowie produktabhängig durch den Wasser- und Lösungsmittelgehalt des Schlammes. Als Faustfor­ mel kann angenommen werden, daß mit einem Energie­ aufwand von 40 KW ca. 50 kg Wasser oder Lösungs­ mittel in den Dampfzustand überführt und ausge­ trieben werden. Bei 200 bis 400 mm Walzendurch­ messer werden Arbeitsgeschwindigkeiten von ca. 0,1 bis 2,0 m/min eingestellt.

Der vom Schaber 18 abgenommene getrocknete Fest­ stoff fällt in der Anlage in Form von Produkt­ schuppen 19 direkt in den unterhalb der Walzen 2, 3 angeordneten Behälter 20, der als Transport­ container ausgebildet sein kann. Die Produkt­ schuppen 19 sind als Schüttgüter transportfähig und können somit mit Förderbändern oder Förder­ schnecken zur Lagerung in Vorratsbunkern diesen zugeführt werden. Der an den Walzenoberflächen 11, 12 austretende Wasser- oder Lösungsmitteldampf wird seitlich über Einrichtungen 29 mit Leitung 30 und Saugzug 31 abgesaugt und je nach Zusammen­ setzung abgeführt und entsorgt, wobei z. B. lösungs­ mittelhaltige Dämpfe über eine thermische Nachver­ brennung 32 und toxische Dämpfe über entsprechende Filteranlagen 33 zu entsorgen sind. Hierzu sind Leitungen 34 und 35 sowie Ventile 36 und 37 vor­ gesehen.

Während durchgeführter Versuche wurden Schlämme unterschiedlicher Feststoffgehalte getrocknet. Das erfindungsgemäße Walzwerk 1 verkraftete ohne Probleme Schlämme mit sehr niedrigen Feststoffge­ halten von ca. 10% Trockensubstanz TS, ebenso mit hohen Feststoffgehalten von ca. 80% TS. Die Anpassung des Walzwerkes an die verschiedenen Fest­ stoffgehalte erfolgt über die einzeln regelbaren Drehgeschwindigkeiten der Walzen 2, 3. Bei sehr niedrigen Feststoffgehalten wird die Drehzahl re­ duziert, um sicherzustellen, daß der Materialkuchen 15 den Walzenspalt 5 abdichtet. Bei höheren Fest­ stoffgehalten wird die Arbeitsgeschwindigkeit der Walzen 2, 3 entsprechend gesteigert. Die Arbeits­ geschwindigkeit wird im wesentlichen durch die Ver­ dampfungsleistung der Walzen 2, 3 bestimmt.

Der Walzenspaltdruck ist durch den Anpreßdruck der hydraulischen Zuhaltezylinder 8, 9 begrenzt. Dadurch wird eine mechanische Überlastung oder Zerstörung der Walzen 2, 3 wirksam vermieden. Im Falle eines sich entwickelnden höheren Spaltdruckes durch hö­ here Feststoffgehalte oder durch Fremdkörper, wie harte Materialklumpen, Holzstücke, Metallteile usw., öffnet sich der Walzenspalt 5 automatisch. Diese Sicherungsmaßnahme ist eine Grundvoraussetzung da­ für, daß das Walzwerk vollautomatisch, d. h. ohne Personalaufsicht, betrieben werden kann. Ebenso kann das Walzwerk schadlos weiterlaufen, wenn die Produktzufuhr gestört ist oder der Materialvorrat abgearbeitet ist.

Das erfindungsgemäße Arbeitssystem ist offen; dadurch nicht explosionsgefährdet, leicht zu kon­ trollieren, einfach zu reinigen und bildet mecha­ nisch ein robustes Walzwerk. Die produktberührten Walzenoberflächen 11, 12 und die mechanisch em­ pfindlicheren Lager- und Dichtungsbereiche 38 der drehenden Walzenenden sind räumlich vom Produkt weit entfernt, so daß von dort keine Gefährdung auf die Lagerung ausgehen kann.

Das Gehäuse 24 der Schnecke 23 ist mit einer zu­ sätzlichen Zuführeinrichtung 39 versehen, zur Dosierung von Verbrennungshilfsmitteln, Desinfek­ tionsmitteln, Verglasungshilfsmitteln, Bindemitteln, wie z. B. thermoplastische Kunststoffe, die beim Trocknungsvorgang von den Walzen 2, 3 eingemischt und eingebunden werden.

Die ausgedampften und abgesaugten Lösungsmittel 16 können nach einer Filtration im Filter 33 über eine Leitung 49 einem Kondensator 49 zugeführt, dort niedergeschlagen und einer Restdestillation zuge­ führt werden. Auch können Dämpfe 16 über ein Ventil 37 mittels einer Leitung 51 einer Wasservorlage 52 zugeführt werden, um somit Faulprozesse zu unter­ binden.

Gemäß Fig. 4 sind drei Walzenpaare 40 bis 42 in Art einer Kaskade übereinander angeordnet. Das von dem oberen Walzenpaar 40 abgestreifte, erst teil­ weise entwässerte und verfestigte Produkt fällt über eine Aufgabeschurre 43 automatisch in den Spalt des darunter angeordneten Walzenpaares 41. Von dem Walzen­ paar 41 gelangt das abgestreifte Produkt über eine Aufgabeschurre 44 in den Spalt des Walzenpaares 42 und von dort über eine Schurre 45 in den Behälter 20.

Claims (24)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Entwässern und Trocknen von Schlämmen, die randvoll einem (oder mehreren) engen Arbeitsspalt(en) zugeführt werden, der von zwei horizontalen parallelen gegenläufig angetriebenen unterschiedlich temperierten Walzen gebildet wird, deren Umfangsgeschwindigkeiten der­ art eingestellt werden, daß sich im Kontaktbereich zwischen den heißen gegenläufig rotierenden Walzen­ oberflächen und dem Schlamm in einem Temperaturbe­ reich von 100 bis 300°C durch Verdampfen der im Schlamm enthaltenen Flüssigkeit kontinuierlich eine zur engsten Stelle des Walzenspaltes hin wachsende Feststoffschicht aufbaut, die durch einen hohen Druck im Walzenspalt zu einem festen Materialku­ chen zusammengepreßt wird, der den Walzenspalt gegen einen Flüssigkeitsdurchtritt abdichtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Materialkuchen nach dem Verlassen des Walzenspaltes durch Entspannen der Dampfbla­ senschicht auf der Oberfläche der Arbeitswalze als poröse Oberflächenschicht intensiv getrocknet und nach mehr als einer halben Umdrehung der Arbeitswalze von dieser abgeschabt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der porösen Oberfläch­ enschicht gebildeten Feuchtigkeitsdämpfe seitlich abgesaugt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Walzenspalt der Druck auf die Feststoffschicht auf Werte zwischen 2000 und 10 000 N je cm Spaltlänge durch Veränderung des Walzenspaltes eingestellt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Walzen eine stu­ fenlose Oberflächenfriktion von 1 bis 150%, vor­ zugsweise 1 bis 15% eingestellt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen auf Temperaturen von 120 bis 250°C beheizt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen der Walzen unterschiedlich eingestellt werden, wobei die Ar­ beitswalze mit der Produktschicht 10 bis 90°C, vorzugsweise 20 bis 60°C niedriger temperiert wird als die produktfreie Gegenwalze.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Arbeitswalze auf eine Temperatur zwi­ schen 120 und 160°C und die Gegenwalze auf eine Temperatur zwischen 180 und 200°C beheizt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Walzen mit einzeln regelbaren Drehge­ schwindigkeiten mit einer Umfangsgeschwindigkeit zwischen 0,1 bis 2,0 m/min, vorzugsweise 0,3 bis 1,0 m/min bei Walzendurchmessern von 200 bis 400 mm rotieren, wobei die Arbeitswalze 5% bis 50% schneller angetrieben wird als die Gegenwalze.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm dem Arbeitsspalt an unterschiedlichen Stellen zugeführt wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine obere Druckbegrenz­ ung des Walzenspaltdruckes eine Oberlastung oder Zerstörung der Walzen verhindert wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein oder mehrere Walzwerke (1, 46, 47), die jeweils aus zwei einen engen Spalt (5) bildenden horizontalen, parallelen gegenläufig angetriebenen unterschiedlich temperierten Walzen (2, 3) bestehen, wobei der Walzenspalt (5) an bei­ den Walzenenden jeweils durch eine keilförmige Begrenzungsbacke (6, 7) abgeschlossen ist, sowie die rotierende Arbeitswalze (2) fest und die rotierende Gegenwalze (3) zur Verstellung des Arbeitsspaltes (5) verschiebbar gelagert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Walzen (2, 3) in einem Verhältnis von Walzendurchmesser zu Walzen-Ballenlänge von 1 : 3 bis 1 : 20 ausgebildet sind.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenwalze (3) über mechanische oder hydraulische Einrichtungen verschiebbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gegenwalze (3) mit hydrauli­ schen Zuhaltezylindern (8, 9) begrenzt ist, die mit einem Überlastungsschutz versehen sind.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen (11, 12) der Walzen (2, 3) über Drehdurchführungen (13) von innen beheizbar sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beheizung der Walzen (2, 3) mittels Dampf, Druckwasser, umpumpbarem Temperieröl und/oder elektrisch und/oder mittels Gasflammen erfolgt.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenoberflächen (11, 12) mit Entlüftungs- und Transportnuten ver­ sehen sind, die unter gleichläufigen Steigungswin­ keln von 30 bis 85° verlaufen.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß den Walzen (2, 3) zur Ab­ nahme des Materialkuchens (15) Schneidwalzen oder abschwenkbare Abstreifermesser (18 bzw. 19) zuge­ ordnet sind.

20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß der Walzenspalt (5) mit einer Breite zwischen 0,1 und 10,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5,0 mm einstellbar ist.

21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß eine mit einem Vorrats­ behälter (22) versehene Materialaufgabe-Einrichtung über die gesamte Länge des Walzenspaltes (5) ange­ ordnet und mit mehreren einstellbaren Auslaßöff­ nungen (28) versehen ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Materialaufgabe-Einrichtung aus einer offenen Dosierschnecke (23, 24) oder aus mehreren Dosierpumpen besteht.

23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 21 und 22, da­ durch gekennzeichnet, daß die Materialaufgabe-Ein­ richtung mit einer zusätzlichen Zuführeinrichtung versehen ist.

24. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 23, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Walzen­ paare (40 bis 42) kaskadenförmig derart überein­ ander angeordnet sind, daß der erst teilweise ver­ festigte Schlamm aus dem oberen Walzenpaar (40) über eine Aufgabeschurre (43) automatisch in den Arbeitsspalt des unteren Walzenpaares (41) hinein­ fällt.