DE4445702A1 - Verfahren zur Verbrennung von Klärschlamm aus Kläranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Klärschlamm aus Kläranlagen.

Klärschlamm wird in der Bundesrepublik Deutschland und anderen Ländern zunehmend zum Problem, da immer mehr Klärschlamm anfällt. Wie ein Artikel in der Süddeutschen Zeitung vom 04. März 1994, Seite 30, zeigt, fallen nach Angaben des Deutschen Bauernverbandes in der Bundesrepublik Deutschland jährlich etwa 50 Millionen m³ Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen an. Davon werden 25% in der Landwirtschaft genutzt, 60% deponiert und der Rest verbrannt. Der Deutsche Städte- und Gemeinde­ verbund befürchtet, daß die Menge an Klärschlamm bis zum Jahr 2000 durch verbesserte Klärung und das Ausfällen von Phosphat­ verbindungen in den alten Bundesländern um 25% und in den neuen Bundesländern um 300% zunehmen wird und sagt einen Entsorgungsnotstand voraus.

Die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung, also die Rückführung des Klärschlammes in die Kreislaufwirtschaft, ist jedoch nach wie vor umstritten. Führte zu Beginn der 80iger Jahre die Belastung des Klärschlammes mit Schwermetallen zu Problemen bei der Verwertung in der Landwirtschaft, so sind es derzeit vor allem die nachgewiesenen Gehalte an persisten­ ten organischen Schadstoffen, wie z. B. Dioxine, Forane, PCB etc., aber auch die große Anzahl von Krankheits- und Seuchenerreger, welche eine Klärschlammausbringung auf landwirtschaftliche Flächen zumindest in den Verbraucher­ kreisen als bedenklich erscheinen läßt.

Aber auch die Entsorgung von Klärschlamm auf Sonderdeponien bzw. die Verbrennung ist mit den bekannten Verfahren derzeit nicht unproblematisch. Diese beiden Entsorgungsmöglichkeiten von Klärschlamm sind nämlich sehr kostenintensiv. Die Deponierung kostet etwa 2,5 mal soviel wie die Zuzahlung an den Landwirt, wenn er Klärschlamm auf seine Felder ausbringt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Aufnahmefähigkeiten der bestehenden Deponien nahezu erschöpft sind. Die Verbrennung des Klärschlamms in eigens hierfür vorgesehenen Müllver­ brennungsanlagen ist derzeit etwa fünfmal teurer als das Ausbringen des Klärschlammes auf landwirtschaftliche Flächen.

Auch die Klärschlammtrocknung mit anschließender Verbrennung ist äußerst kostenintensiv und mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Wird dem Klärschlamm vor der Verbrennung zusätzlich Hausmüll zugesetzt, ist eine aufwendige Filtertechnik notwendig, um die bei der Verbrennung entstehenden belasteten Rückstände zu entsorgen.

Es besteht daher das dringende Bedürfnis, geeignete Verfahren zur Entsorgung des Klärschlammes anzugeben, die die vorgenann­ ten Nachteile nicht aufweisen.

Ein Verfahren zur Aufbereitung von Klärschlamm ist aus DE 39 19 001 A1 bekannt. Dem Klärschlamm werden bei diesem Verfahren saugfähige Faserstoffe zugemischt und der Klärschlamm dadurch entwässert. Anschließend wird der entwässerte Klärschlamm in Elemente verpreßt und biogen getrocknet. Im Rahmen des dort beschriebenen Verfahrens ist es nicht zwingend, den Press­ vorgang durchzuführen. So kann die Feuchte Mischung aus Klärschlamm und Faserstoffen nach Entnahme aus einem Mischer unmittelbar einer biogenen Trocknung unterzogen und anschließ­ end der Landwirtschaft zu geführt werden.

Ein anderes, sehr einfaches Verfahren, den Klärschlamm für die Ausbringung auf landwirtschaftliche Flächen auf zubereiten, ist in der Patentanmeldung P 44 09 649.6 des Anmelders beschrie­ ben. Der Klärschlamm wird durch Beimengung von saugfähigen Papierfasern zunächst auf einen Trockengehalt von etwa 25% bis 60% entwässert. Nachdem die Saugkraft der beigemengten Papierfasern erschöpft ist, wird in einem weiteren Verfahrens­ schritt CaO in einer Menge von etwa 100 bis 150 kg pro Tonne Mischprodukt beigemengt. Hierdurch wird ein streufähiges Produkt geschaffen, das unmittelbar auf landwirtschaftliche Nutzflächen ausgebracht werden kann.

Aus DE 39 22 298 A1 ist darüber hinaus ein Verfahren bekannt, wie kommunale und/oder industrielle Klärschlämme einer Verbrennung zugeführt werden können. Hierbei wird versucht, einen möglichst wasserarmen Schlamm, d. h. einen solchen mit über 40% Trockengehalt zu erhalten. Durch Zusatz geeigneter organischer und/oder anorganischer Flockungsmittel (ins­ besondere Aluminium- und Eisensalze) werden zunächst die stabilen wäßrigen Dispersionen im Klärschlamm unter Ag­ glomeration der dispergierten Teilchen zu größeren und folglich mechanisch in Filterpressen besser abtrennbaren Feststoffen aufgespalten. Das Mischprodukt wird in geeigneten filterpressen gepreßt und die dabei, z. B. als Filterkuchen, anfallenden Feststoffe dann der Verbrennung zugeführt.

In DE 39 22 298 A1 ist des weiteren ein Verfahren beschrieben, bei dem die im kommunalen und/oder industriellen Klärschlamm enthaltenen dispergierten Teilchen in Gegenwart von Faser­ stoffe-haltigen Klärschlämmen aus Zellstoff und/oder Papier­ fabriken und durch Zusatz synthetischer, organischer Flok­ kungsmittel geflockt werden. Die geflockten Teilchen werden unter Druck mit Filterpressen auf einen Trockengehalt größer 40% entwässert und der dabei entstehende Filterkuchen einer Verbrennung zugeführt.

Problematisch bei diesen bekannten Verbrennungsmethoden von Klärschlamm ist der verhältnismäßig hohe technische Aufwand, der einerseits die Zugabe von teuren Flockungsmitteln erfordert und andererseits die Entwässerung des Klärschlammes mit mechanischen Mitteln unentbehrlich macht.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbrennung von Klärschlämmen anzugeben, das einfach durchzuführen ist, den Einsatz von aufwendigen Filterpressen nicht unbedingt erfordert und mit bereits bestehenden Heizungssysteme ohne weiteres durchführbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf folgenden nachein­ ander ablaufenden Verfahrensschritten:

• - Entwässern des Klärschlammes durch Beimengung von saug­ fähigem Zellulosefaserstoffen in einer vorbestimmten Menge bis der Klärschlamm einen Trockengehalt von mindestens etwa 55% aufweist;
• - Beimengen eines weiteren Stoffes zur energetischen Auf­ wertung des mit Zellulosefasern vermischten Klärschlammes, so daß das entstehende Mischprodukt einen Heizwert von minde­ stens 11 000 kJ pro kg Mischprodukt aufweist, und
• - Verbrennung des Mischproduktes bei einer Temperatur von mindestens etwa 800°C.

Es hat sich herausgestellt, daß das gemäß dem erfindungs­ gemäßen Verfahren zur Verbrennung vorgesehene Mischprodukt, bestehend aus Klärschlamm plus Zellulosefaserstoffe plus weiteren Stoff, ohne weiteres in bestehenden Heizungssystemen, wie diese zum Beispiel in der Hackschnitzelverbrennung eingesetzt werden, verbrannt werden kann. Voraussetzung für das erforderliche Heizungssystem ist lediglich eine Brenn­ temperatur von größer etwa 800°C. Vorzugsweise weisen solche Heizungssystem Gebläsebrenner auf.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, als weiteren Stoff dem Mischprodukt aus Klärschlamm und Zellulose­ fasern Holzhackschnitzel zuzuführen. Diese können vorzugsweise einen Trockengehalt von etwa 70% bis 80% aufweisen. Versuche haben gezeigt, daß ca. 30 kg Holzhackschnitzel mit einem Trockengehalt von 70% bis 80% pro 100 kg Mischprodukt Klärschlamm mit zugemischten Zellulosefasern mit einem Trockengehalt von insgesamt etwa 55% zuzuführen ist, um einen Heizwert von über 11 000 kJ/kg zu erreichen.

Obwohl es prinzipiell möglich ist, ungefilterten Klärschlamm direkt mit den Zellulosefaserstoffen zu vermischen, um einen Trockengehalt des Mischproduktes von mindestens 55% zu erreichen, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, den vom Faulturm einer Kläranlage stammenden Klärschlamm zunächst mittels Filterpresse teilzuentwässern, so daß der teilentwäs­ serte Klärschlamm einen Trockengehalt von etwa 20% bis 40% aufweist. Dies erlaubt es, lediglich noch geringere Mengen an Zellulosefaserstoffen zuzumischen, um den gemäß der Erfindung geforderten Trockengehalt von mindestens 55% zu erhalten.

Als einzusetzende Zellulosefasern können z. B. Papier- und/oder Strohfasern eingesetzt werden. Allerdings wird der Verwendung von reinen Strohfasern der Vorzug gegeben, da die Papierver­ brennung derzeit strengen gesetzlichen Vorschriften unter­ liegt. Die Stroh- bzw. Papierfasern werden dem Klärschlamm vorzugsweise trocken zugeführt, so daß dessen Saugwirkung optimal ist.

Gemäß der Erfindung können dem zu verbrennenden Mischprodukt vor der Verbrennung noch weitere organische Energieträger­ stoffe, insbesondere Getreideabfälle, Rapssaaten, Sonnen­ blumensaaten, Maissaaten, Strohfasern, Bioabfälle oder dgl. zugeführt werden. Es können auch vor der Verbrennung in der Landwirtschaft nachwachsende Rohstoffe, wie z. B. Ölsaaten, Chinaschilf oder dgl., zugeführt werden, um den Heizwert des zu verbrennenden Mischproduktes weiter zu erhöhen.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die bei der Verbrennung anfallende Flugasche in einer geeigneten Filter­ einrichtung zu sammeln und anschließend zu entsorgen.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehende Grob- und Feinasche wird zweckmäßigerweise als Dünger- bzw. Streumate­ rial verwendet, das auf land- und/oder forstwirtschaftlichen Nutzflächen, auf denen nachwachsende Rohstoffe angebaut werden, oder auf Grünanlagen ausgebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines konkreten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel ist Ergebnis einer Reihe von durchgeführ­ ten Versuchen, dient jedoch nur zur Erläuterung der Erfindung.

Es wurde bereits ein durch Filterpressen teilentwässerter Klärschlamm zur Verbrennung herangezogen. Der Klärschlamm wies dank der Teilentwässerung einen Trockengehalt von durch­ schnittlich 40% auf. Dem Klärschlamm wurden anschließend aus Altpapier gewonnene Zellulosefasern, die absolut trocken waren, untergemischt. Hierbei kamen auf 50 kg Klärschlamm 20 kg Zellulosefasern. Es wurde abgewartet bis die Saugkraft der Zellulosefasern erschöpft war und anschließend Holzhack­ schnitzel hinzugefügt.

Die Holzhackschnitzel wiesen einen Trockengehalt von 80% auf. Hierbei wurden 70 kg Gemisch aus Klärschlamm und Zellulosefa­ sern etwa 30 kg Holzhackschnitzel zugeführt, so daß sich ein Mischungsverhältnis Klärschlamm, Zellulosefasern und Holzhack­ schnitzel von 5 : 2:3 ergab.

Das Gesamtgemisch wies einen Gesamttrocknungsgehalt von etwa 64% auf. Dieses Gemisch zeigte einen Heizwert von etwa 14 000 kJ/kg, was deutlich über dem geforderten Mindestheizwert von 11 000 kJ/kg für die Verbrennung von Abfallstoffen liegt. Eine Verbrennung ist daher ohne weiteres möglich.

Brennversuche mit Heizungssystemen der Ackermann Gruppe, Massing (Bayern), zeigten, daß bei einer Heiztemperatur von etwa 1100°C ein Feuerungswirkungsgrad von größer 75% erreicht wurde. Das den Klärschlamm enthaltende Mischprodukt zeigte sehr gute Brenneigenschaften. Die bei der Verbrennung entstandene Asche wurde anschließend auf Grünflächen als Düngerstoffe ausgebracht.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, den Klärschlamm wirksam zu entsorgen, wobei die bei der Ver­ brennung entstehende Wärme als Energiequelle genutzt werden kann. Darüber hinaus kann die anfallende Asche dem Naturkreis­ lauf als Düngerstoff rückgeführt werden, wodurch eine optimale Verwertung des Klärschlammes erreicht ist.

Es hat sich herausgestellt, daß sich bei der beschriebenen Verbrennung des Klärschlammes nach der Erfindung Brenntempera­ turen von deutlich über 800°C einstellen. Hierdurch vergasen die brennbaren Bestandteile des zu verbrennenden Mischproduk­ tes aus Klärschlamm, Zellulosestoffen und Holzhackschnitzel sofort. Auch das im Mischprodukt noch vorhandene Wasser wird in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Des weiteren werden die im Mischprodukt enthaltenen organischen Schadstoffe in ihre Bestandteile aufgespalten, so daß bei Bedarf eine verhältnismäßig einfache Filtertechnik zum Sammeln dieser Bestandteile eingesetzt werden kann.

Claims (13)

1. Verfahren zur Verbrennung von Klärschlamm aus Kläranlagen mit folgenden Schritten:

• - Entwässern des Klärschlammes durch Beimengung von saug­ fähigen Zellulosefaserstoffen in einer vorbestimmten Menge bis der Klärschlamm einen Trockengehalt von mindestens etwa 55% aufweist;
• - Beimengen eines weiteren Stoffes zur energetischen Auf­ wertung des mit Zellulosefasern vermischten Klärschlammes, so daß das entstehende Mischprodukt einen Heizwert von minde­ stens 11 000 kJ pro kg Mischprodukt aufweist, und
• - Verbrennung des Mischproduktes bei einer Temperatur von mindestens etwa 800°C.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Stoff Holzhackschnitzel zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzhackschnitzel einen Trockengehalt von etwa 70% bis 80% aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in 100 Kilo Mischprodukt aus Klärschlamm und Zellulosefa­ sern etwa 30 kg Holzhackschnitzel enthalten sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Verbrennung vorgesehene Klärschlamm einen Trockengehalt von mindestens 20%, vorzugs­ weise 30% bis 40%, aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Klärschlamm als Zellulosefasern Stroh- und/oder Papierfasern aus Altpapier zugeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellulosematerial trocken zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu verbrennenden Mischprodukt vor der Verbrennung noch weitere organische Energieträgerstoffe, insbesondere Getreideabfälle, Rapssaaten, Sonnenblumensaaten, Maissaaten, Strohfasern, Bioabfälle oder dgl. zugeführt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu verbrennenden Mischprodukt vor der Verbrennung in der Landwirtschaft nachwachsende Rohstoffe, insbesondere Ölsaaten, Chinaschilf oder dgl., zugeführt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Filtereinrichtung die bei der Verbrennung entstehende Flugasche gesammelt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Klärschlamm vor der Vermischung mit den Zellulosefaserstoffen in einer Filterpresse teilentwässert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung in einer Verbrennein­ richtung für Festbrennstoffe mit Gebläsebrenner erfolgt.

13. Verwendung der bei der Verbrennung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 angegebenen Verfahren entstehenden Grob- und Feinasche als Dünger- bzw. Streumaterial, das auf land- und/oder forstwirtschaftlichen Nutzflächen, auf denen nachwachsende Rohstoffe angebaut werden, oder auf Grünanlagen ausgebracht wird.