DE60205651T2

DE60205651T2 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von hydrophylen schlämmen mittels hydraulischen turbulenzen sowie eine oxidation und chemische reaktionen mit zuführung von zusatzstoffen

Info

Publication number: DE60205651T2
Application number: DE60205651T
Authority: DE
Inventors: Herve Brisset
Original assignee: THEOLIA; THEOLIA AIX EN PROVENCE
Current assignee: Bernard De Genouillac Fr; Philippe Dhervilly Fr
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2022-11-23
Also published as: RU2312074C2; FR2832400A1; US7235175B2; EP1446359B1; WO2003043942A1; CA2468037C; EP1446359A1; NO328623B1; US20050006312A1; ATE302169T1; CA2468037A1; FR2832400B1; ES2247415T3; CN1608035A; DE60205651D1; CN1301923C; NO20042385L; DK1446359T3; RU2004116268A; AU2002361333A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Schlämmen und Schlicken, um davon eine Wiederverwendung in den Herstellungsketten der Bodenverbesserer und Baumaterialien zu erlauben.
Das technische Gebiet der Erfindung ist jenes der Herstellung von Vorrichtungen zur Behandlung von Schlämmen und Schlicken.
Diese Produkte werden traditionell durch Verdampfen, durch Zentrifugation oder durch Filtrieren derart entwässert, daß die feste Fraktion von der flüssigen Fraktion getrennt wird.
Bei Verdampfung handelt es sich darum, die Produkte zu erwärmen, um deren Flüssigphase abzuziehen.
Bei Filtration handelt es sich darum, die flüssigen und festen Phasen zu extrahieren. Die Filtration ist das Behandlungsprinzip, das am meisten verwendet wird. Diese Techniken sind Vakuumfiltrationen, Druckfiltrationen in dichten Kammern durch Filterpressen mit eingekapselten Böden, mit Membranböden oder automatische oder auch Bandpreßfilter, Schraubenpressen oder Zentrifugen.
In ihrem Einsatz haben diese Techniken eine ziemlich geringe Ausbeute aufgrund der physikalischen Charakteristik des Wassers in den zu behandelnden Produkten. Das Wasser liegt in zwei Formen vor, frei oder in der Festkörperstruktur eingefangen. Die Ausbeute dieser Vorrichtungen wird häufig verbessert durch Zusatz von Koagulier- und Flockungszusätzen.
Die Effizienz dieser Verdampfungstechniken und Filtrationstechniken ist begrenzt aufgrund der Textur der behandelten Produkte. Die Schlämme und Schlicke sind Produkte mit flüssigen und festen Phasen, die schwer zu trennen sind aufgrund der Tatsache der Gegenwart von kolloidalen Materialien. Diese Materialien sind gebildet aus Molekühlen mit sehr geringen Umfängen, unter zehntel μm, sehr schwierig zu dekantieren in Wasser und sammeln sich in hydrophilen Paketen in der Festkörperfraktion an. Durch diese Rückhaltewirkung von Wasser verhindern diese Materialien eine effiziente Dehydratisierung der Schlämme und Schlicke, welche so sehr feuchte, dichte Produkte ohne Porosität mit der schwierigen Verwertung, insbesondere im Landwirtschaftsbereich bleiben.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hat es zum Ziel, dem Problem der Trennung in den Schlämmen und den Schlicken abzuhelfen, dank einer starken Einwirkung auf das kolloidale Material. Aus tieferen Untersuchungen an der Textur dieses Materials und einer Betrachtung der Potentiale zur Verwertung dieser Produkte umfaßt das hier beschriebene Verfahren eine Abfolge von mechanischen Stößen, von Oxidation und von chemischen Reaktionen, die kontinuierlich in einem spezifischen Apparat durchgeführt werden.
Die Schlämme und Schlicke, die behandelt werden durch diese Vorrichtung sind stark hydratisiert und Fluide; sie umfassen wenigstens 70% Wasser. Der Rest setzt sich aus festen, mineralischen und organischen Materialien zusammen, von denen ein Teil das kolloidale Material ist. Die mechanischen Stöße, die Oxidation und die chemischen Reaktionen, die hervorgerufen werden, greifen insbesondere direkt auf dem kolloidalen Material ein, indem es zerkleinert wird, und indem es reagieren gelassen wird mit einem Reagenz, um es in der Form zu modifizieren und ihm das Strukturwasser zu entziehen. Dieses ursprünglich hydrophile Material tritt vereint sich dank dieser Behandlung wieder mit dem Rest der hydrophoben Festfraktion, was so die Dissoziation der beiden flüssigen und festen Phasen erleichtert.
Die behandelten Produkte sind organische hydrophile Produkte mit Gehalten an organischem Material, häufig über 40% der Gesamttrockenmasse wie die Schlämme einer Verdampfungsstation und die Abströme der Agrarnahrungsmittelindustrie, Bäckereien, Schlachthöfen, Molkereien, Konservenfabriken, Viehzuchten aber auch der mineralischen hydrophilen Produkte, deren Gehalt an organischem Material auch 40% überschreiten kann, wie Schlicke von Flußschwimmbaggern, Kanälen, Teichen, Seen, Rückhaltebecken, Häfen oder auch die Faserschlämme der Papierindustrie.
Die folgende Beschreibung, welche sich auf die angegebenen Zeichnungen bezieht, die beispielhaft nicht begrenzend angegeben sind, veranschaulicht eine der bevorzugten Ausführungsformen des Gegenstands der Erfindung; 1 ist eine Zeichnung einer Vorrichtung zur Anwendung der Erfindung als schematische Längsschnittansicht; die 2 ist eine Querschnittansicht gemäß A-A der in 1 veranschaulichten Vorrichtung.
Die Vorrichtung ist ein Caisson mit parallelelliptischer Form, unterteilt in Hohlkompartimente 6, die getrennt sind durch Wände, die die Überführung 9 von Material eines Kompartiments zum Anderen erlauben und auch ausgerüstet mit wenigstens auf einer ihrer Seiten einer Federvorrichtung 7, die in der Lage ist, eine starke Turbulenz durch Gegenströme in jedem Kompartiment hervorzurufen.
Jedes Hohlkompartiment ist nach außen offen mit wenigstens einer Kreisförmigen Öffnung 2 und 3, die geeignet ist, mit einem Kompressor verbunden zu werden, einer Pumpe oder ähnlicher Vorrichtung. Der Caisson ist von länglicher Form. Die Außenabschnitte sind ausgerüstet mit Einlaßvorrichtungen 1 der zu behandelnden Produkte und Auslaßvorrichtungen 4 der behandelten Produkte.
Im unteren Teil ist die Vorrichtung ausgerüstet mit einer Filtervorrichtung, die es erlaubt, einen Teil der flüssigen Phase bei ihrem Durchgang in dem Caisson abzuziehen. Die Filtration wird sichergestellt durch eine Textilstruktur 8, die die Oberfläche wenigstens eines Kompartimentes besetzt. Das Abziehen geschieht durch Gravität unter der Vorrichtung. In Abhängigkeit der behandelten Produkte ist dieses gravitäre Abziehen 5 zu den Strömungen offen oder geschlossen. Die Vorrichtung wird aus oxidierbaren Stahl hergestellt, was es ermöglicht von der katalytischen Wirkung der Fe³⁺-Ionen zu profitieren. Die Vorrichtung arbeitet ohne Begrenzung eines Durchsatzes durch Anpassung ihrer Dimensionen. Sie wird zum Beispiel gebildet durch einen Hohlcaisson mit parallelelliptischer Form, gekennzeichnet durch einen Querabschnitt mit geringer Oberflächenströmung und einer Länge parallel zur Strömung mit einer großen Dimension von wenigstens dreimal der Länge der längsten Seite des Strömungsquerschnittes.
Das Verfahren umfaßt zwei Phasen, eine Phase, wo mechanische Stöße und Oxidation des Materials hervorgerufen werden, und eine Phase, wo chemische Reaktionen dank der Zugabe von Zusätzen ausgelöst werden. Die beiden Phasen sind aufeinander folgend. Das Verfahren arbeitet kontinuierlich ohne Retentionsphase.
Die zu behandelnden Produkte werden in die Vorrichtung an einer ihrer Enden eingeführt. Sie unterliegen dort einer Phase mit starker Turbulenz, die hervorgerufen wird durch die Einführung von Druckluft und begünstigt durch die Gegenwart von festen Federn der Wände (oder in die Wände integriert) der Kompartimente der Vorrichtung. Diese Hohlkompartimente sind definiert durch Wände, die senkrecht zur Strömung positioniert sind. Diese Wände, die das Fließen der Produkte sicherstellen, sind durchlöchert und ausgerüstet mit einem Federsystem, das entgegengesetzte Strömungen zum Material hervorruft und folglich die gewünschten Stöße: Die Gegenströmungen rufen Stöße der Bestandteile des Materials hervor, was es so erlaubt, die kolloidalen Ansammlungen zu zerstoßen und eine Selbstfiltrierung des Produktes unter seinen verschiedenen Fraktionen zu bewirken, indem ein Sieben zwischen flüssigen und festen Fraktionen eingeführt wird. Diese Wirkungen erleichtern so die Trennung der beiden festen und flüssigen Phasen.
Die angetriebene und turbulente Belüftung führt eine starke Oxidierung des Materials herbei. Die Belüftung der Produkte hat andererseits zur Wirkung, die anaeroben Mikroorganismen zu zerstören, die geneigt sind, sich zu entwickeln.
Das Produkt läuft vom einen Kompartiment zum andern und verliert dabei Energie und Wasser.
Das Wasser durchquert eine Textilfilterstruktur, angeordnet am Boden jedes Kompartimentes. Diese Filterstrukturen kommunizieren, um es dem Wasser zu erlauben, sich durch eine Öffnung zu entfernen, die am Vorrichtungsboden angeordnet ist. Das Produkt setzt seinen Weg in der Vorrichtung fort, bewegt mit einer Turbulenz und einem Druck, der immer schwächer wird. Unter profitieren von einem relativen Druckabfall in der Vorrichtung werden die flüssigen und festen Zusätze eingeführt. Diese Zusätze mit koagulierenden Eigenschaften werden vorzugsweise gewählt unter Ferrichlorid, Ferrisulfat, Ferrosulfat, Aluminiumsulfat, Eisenchlorsulfat, Polymerflockungsmitteln, Natriumsilikat, Natriumaluminat, starken Basen, gebrannter Kalk, Magnesiumkalk, Ätzkalk, kaustischem Soda, Magnesiumoxyd oder einem Gemisch von wenigstens zweien dieser Produkte.
Diese Zusätze, die auf das Festmaterial einwirken, baden in einem oxydierten Medium, um davon die makroskopischen und mikroskopischen Strukturen zu modifizieren. Koaguliermittel und Flockungsmittel erzeugen elektromagnetische Zustände, die notwendig sind, um die festen, hydrophoben Partikel zu agglomerieren, um die Granulierung des Feststoffes zu erhöhen. Starke Basen, Koagulierungsmittel und Flockungsmittel greifen als chemische Reaktionsmittel und ionische Katalysatoren ein. Diese Zusätze erzeugen eine Reaktion auf der organischen Masse und auf dem kolloidalen Material, deren makroskopische Strukturen zerstoßen wurden sind in den oben genannten Kompartimenten, die stark belüftet sind. Beschleunigt durch elektromagnetisch günstige Zustände, die zugeführt werden durch den Zusatz von Metallionen, etablieren sich Säure-Basenreaktionen und Oxydations-Reduktionsreaktionen zugunsten der Oxydation und erlauben so die Mineralisierung eines Teils der ionisierten Strukturen des organischen Materials und des kolloidalen Materials. Die Wasserstoffpotentialanstiegswirkung zu sehr starken Werten, 10 bis 12, hat es zur Konsequenz, die aeroben Mikroorganismen zu zerstören, die geneigt sind, sich in den Produkten zu entwickeln.
Die Bildung von Konglomeraten, die makroskopisch und hydrophob sind und von mikroskopischen, mineralischen Strukturen hat es auch zur Wirkung, die Dichte der festen Fraktion durch Zusatz von porösen Gitterlücken zu vermindern.
Dank des intensiven aeroben Aufwühlens und der Zugabe von Reagenzien bewirkt die Austauschkapazität, die nützliche Absorption von Sauerstoff und Oxydation der positiven und metallischen Ionen, die in irreversibler Weise mit der gewünschten Stabilität des Materials einher geht.
Die Molekühle, die im mehr oder weniger langen Gärungszustand gebildet werden, werden so zu deren oxydierter Form umgewandelt. Der Ammoniak NH₃ wandelt sich zu Nitrat NO₃ um, der Schwefelwasserstoff H₂S wandelt sich zu schwefliger Säure H₂SO₃ um. Das Methan CH₄ wandelt sich zu Kohlendioxyd CO₂ und Wasser H₂O um.
Das Verfahren sendet keinen stinkenden Geruch aus. Das Endprodukt weißt ebenfalls keinen Geruch auf.
Die gemeinsamen und schweren Metalle, die sich in dem Produkt, das zu behandeln ist, in ionisierter Form befinden, werden zu deren Oxyden umgewandelt.
Die Produkte verlassen die Vorrichtung durch das dem Eingang entgegengesetzte Ende. Mit dem behandelten Produkt entweichen von der Vorrichtung die abgestreiften Gase CO₂ und NO₃. Das behandelte Produkt wird noch vermischt mit Wasser, das sich jetzt mehrheitlich in interstitieller Form vorfindet. In dieser Form wird das Wasser leicht durch Verdampfung, Abtropfen, Zentrifugieren oder durch Pressen des Produktes entfernt.
Die nach Behandlung erhaltenen Produkte können in mehrere Herstellungsketten fließen. In einer Agrarherstellungskette wird das Produkt ein poröser Vorboden, der geeignet ist, den Ton-Humus-Komplex der Böden mit der Bedingung zu verbessern, daß geringe Gehalte an Schwermetallen, Kupfer, Zink, Blei, Cadmium, Nickel, Quecksilber oder Selen zugelassen sind. In der Herstellungskette der Substitutionsmaterialien kann das Produkt, wenn es aus einem anfangs stark mineralisiertem Produkt kommt, oder wenn es aus einem Verfahren stammt, in industrielle Herstellungsverfahren von Ziegelsteinen, Farben und anderen Baumaterialien einfließen.
Ausführungsbeispiel
Die Vorrichtung zur Behandlung umfaßte eine Stahlmischtrommel von 10 m Länge und 2 m Innendurchmesser, in der zwei Wände plaziert sind, die so geschnitten sind, daß der Durchgangsquerschnitt jedes Schnittes, der in der Wand geformt ist, eine Spirale beschreibt, derart, daß jede Wand eine Überführungsfunktion der zu behandelnden Schlämme von einem Kompartiment zum anliegenden Kompartiment sicherstellt sowie eine Federfunktion, die Stöße und Gegenströmungen erzeugt.
Diese Vorrichtung war ausgerüstet mit zwei archimedischen Schnecken, die die Funktion des Abziehens und der Überführung des Schlamms nach Behandlung erfüllen. Die Anordnung hatte ein Leergewicht von 14 Tonnen.
Die Vorrichtung umfaßt einen Luftkompressor mit Niederdruck, der einen Luftdurchsatz von 1000 m³/h bei 1,7 bar (absolut) Druck und zwei Systemen zur Dosierung und Überführung von Reagenzien in die Mischtrommel liefert.
Das ganze wurde versorgt durch einen Stromgenerator einer Leistung von 70 kW.
Zwei Typen von Reagenzien sind verwendet worden: Löschkalk Ca(OH)2 im Anteil von 5% des Gehalts an organischem Material, das in dem Schlamm enthalten ist, der in die Vorrichtung eintritt und ein kationisches Polymer im Anteil von 0,05% des Gehalts an Trockenmaterial (organisches und mineralisches Material), das in dem Schlamm enthalten ist, der in den Apparat eintritt.
Die Wände, die in der Mischtrommel angeordnet sind, waren positioniert senkrecht zur Strömung des Schlammes (und zur Längsachse der Mischtrommel).
Sie begrenzen drei aufeinander folgende Kompartimente. Im Ersten, gezählt in Fließrichtung des Schlamms, sind außer Schlamm komprimierte Luft und Kalk in wäßriger Lösung eingeführt worden. In den Zweiten ist ein Polymer in wäßriger Lösung eingeführt worden. In dem Dritten fand die Dekantierung der schweren Materialien statt, die extrahiert worden sind durch die archimedischen Schnecken am Mischtrommelboden. Von diesen dritten Kompartiment wurde durch Abgießen das von der Festfraktion getrennte Wasser abgezogen.
Der Schlamm mit einer Dichte von 1,15 ist eingetreten mit einem Durchsatz von 407 m³/h, das heißt 450 Tonnen pro Stunde. Er wies einen Gehalt an Festkörpermaterialien (mit Dichte 2,5) von 10 Masseprozent des eintretenden Schlamms auf, das heißt 45 Tonnen pro Stunde oder 18 m³/h.
Der Gehalt an organischem Material, das in diesem festen Material umfaßt ist, war in einem Anteil von 10%, das heißt 4,5 Tonnen pro Stunde; wobei der Rest mineralisches Material war.
Es wurden 1000 m³/h Luft unter 1,7 bar eingeführt, 225 kg/h Löschkalk und 22,5 kg/h Polymer.
Nach Dekantieren und Extraktion durch die archimedischen Schnecken ist ein Schlamm mit einer Dichte von 1,7 mit einem Durchsatz 40 m³/h, das heißt 67 Tonnen pro Stunde gewonnen worden. Der behandelte Schlamm, der aus der Vorrichtung austritt, enthielt 45 Tonnen pro Stunde, das heißt 18 m³/h Festmaterial für 22 Tonnen pro Stunde, das heißt 22 m³/h Wasser (Dichte 1).
Beim Ausgießen der Mischtrommel ist das von der festen Fraktion des Schlammes getrennte Wasser gewonnen worden mit einem Durchsatz von 383 Tonnen pro Stunde, das heißt 383 m³/h. Dieses Wasser enthielt einen Festkörpermateriegehalt von 0,02%, d.h. 77 kg/h.

Claims

Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung eines Produkts, das aus hydrophilen Schlämmen oder Schlicken besteht, die vorzugsweise wenigstens 70% Wasser umfassen, umfassend einen Caisson von länglicher Form, der geeignet ist, in Längsrichtung vom dem das behandelte Produkt zwischen wenigstens einem Eingang und einem Ausgang des behandelten Produkts durchquert zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem wenigstens eine Öffnung zur Einführung von Druckluft und wenigstens eine Öffnung zur Einführung eines chemischen Zusatzes umfaßt und daß sie auch wenigstens eine Federvorrichtung, angeordnet in dem Caisson umfaßt, um Gegenströmungen und eine starke Turbulenz in den behandelten Produkten hervorzurufen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens zwei Hohlkompartimente (6) umfaßt, die durch eine Wand getrennt sind, die die Materialüberführung (9) von einem Kompartiment zum anderen ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federvorrichtung fest mit der Wand verbunden ist, die die beiden Kompartimente trennt, um mechanische Stöße und hydraulische Turbulenzen in wenigstens einem der Kompartimente hervorzurufen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand außerdem durchbrochen und senkrecht zur Achse des Caissons und zur Strömung der behandelten Produkte positioniert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Caisson einen Strömungsquerschnitt und eine Länge parallel zur Strömung mit einer Abmessung von wenigstens 3-mal der Seitenlänge des längsten Strömungsquerschnitts aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Caisson auch eine Filtervorrichtung umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt mit kleiner Oberfläche ist.
Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von hydrophilen Schlämmen oder Schlicken, die wenigstens 70% Wasser und organische und kolloidale Materialien enthalten, mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß: – man in einer ersten Phase eine starke Turbulenz und entgegengerichtete Strömungen der Materialien in den behandelten Schlämmen oder Schlicken durch Einführung von Druckluft und die Wirkung der Feder(n) in den behandelten Schlämmen oder Schlicken hervorruft und – man in einer zweiten Phase chemische Reaktionen auf den organischen und kolloidalen Materialien durch Einführung chemischer Zusätze (chemischen Zusatzes) hervorruft.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Phase eine starke Oxidation des Materials hervorruft und man die dort enthaltenen kolloidalen Ansammlungen zerkleinert.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß man in der zweiten Phase Koagulier- und Flockungsmittel hinzugibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man auch bei der ersten oder zweiten Phase starke Basen derart einführt, daß das organische Material und das kolloidale Material mineralisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man einen pH-Anstieg auf Werte hervorruft, die von 10 bis 12 gehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser und die behandelten Produkte nach der zweiten Phase durch Verdampfen, Abtropfen, Zentrifugieren oder durch Pressen der Produkte trennt.