DE69217649T2

DE69217649T2 - Verfahren zur Behandlung von Abfällen umfassend Trocknen durch Sublimation vor der Verbrennung

Info

Publication number: DE69217649T2
Application number: DE69217649T
Authority: DE
Inventors: Hidenao Takazawa
Original assignee: Senka Co
Current assignee: Senka Co
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2012-10-24
Also published as: DE69217649D1; EP0563482B1; EP0706976A2; US5347938A; EP0563482A1

Description

Mit dem Essen und Trinken wie in Restaurants und Shops anfallende Haushaltsabfälle und gewerbliche Abfälle beinhalten eine große Wassermenge. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von vor der Verbrennung einen großen Wassergehalt beinhaltenden Abfällen, um die Abfälle effizient zu verbrennen, insbesondere betrifft die Erfindung die Verfahrensweisen wie Trocknen, Zerkleinern und Sortieren der Abfälle vor der Verbrennung.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso Verfahren mit denen verhindert werden kann, daß toxische Metalle wie in Industrie- oder Nichtindustrieabfällen beinhaltete Schwermetalle in die nähere Umgebung der Abfallbehandlungsanlage ausgelassen werden, um die Umgebung vor einer Kontamination zu schützen.
Industrieabfälle und nicht industrielle Abfälle enden bei an der Küste angesiedelten Orten zur Wiederverwertung, Müllkippen im Landesinnern und in Verbrennungsanlagen. Müll wird jedoch nicht für immer an der Küste gelegenen Orten zur Wiederverwertung abgelagert, da eine Wiederverwertung für das Meer problematisch ist und je mehr Müll abgelagert wird, desto kleiner sind die Müllabladeplätze.
Eine Verbrennungsanlage ist aufgrund der Anfangskosten zum Bau der Anlage und der laufenden Kosten der Anlage, die die Kosten für die Arbeitskräfte beinhalten, kostspielig.
Außerdem ist ein zum Bau der Anlage geeigneter Platz beschränkt, da die Anlage unerwünschte Gerüche, toxische Abfallgase, Flugpartikel und verbrannte Asche produziert. Ein weiteres Problem der Verbrennungsanlage ist der Verbrennungsofen selbst. Der Verbrennungsofen muß bezüglich seiner Kapazität vergrößert werden, um eine große Müllmenge vollständig zu verbrennen. Die vollständige Verbrennung einer großen Müllmenge ist jedoch wirtschaftlich ungünstig.
Industrieabfälle beinhalten Metalle. Metalle, insbesondere Schwermetalle, haben eine wichtige Rolle in verschiedenen Gebieten gespielt und leisteten einen Beitrag bei der technischen Entwicklung. Haben Metalle aber ihre Funktion erfüllt, werden die meisten als Industrieabfall auf Müllabladeplätzen beseitigt, außer wenn die Aussonderung von Metallen aus den Abfällen wirtschaftlich machbar ist. Wenn Schwermetalle gelagert werden, können sie für Menschen gesundheitsschädlich werden und möglicherweise verschiedene Störungen bewirken. Bereits Spuren von Schwermetallen kontaminieren die Umwelt und in unserer Gesellschaft findet die Umwelt eine besondere Beachtung.
Die Erfinder meldeten früher die auf das Verfahren zum Entfernen von toxischen Substanzen aus der Lauge (leachate) von verbrannter Asche beinhaltend toxische Schwermetalle gerichtete Erfindung an, wobei das Verfahren zum Behandeln von industriellen wie auch nicht industriellen Abfällen verwendet wird (japanische Patentanmeldung Nr. 96995/1991). Die Erfinder meldeten ebenso die auf das Verfahren zum Verhindern einer Umweltkontamination in der Umgebung von Müllbehandlungsanlagen gerichtete Erfindung an, bei welchem Verfahren das in der Müllverarbeitungsanlage produzierte toxische Komponenten beinhaltende Schmutzwasser behandelt wird und das Schmutzwasser in der Anlage ohne es in die Umwelt abzugeben behandelt wird (japanische Patentanmeldung Nr. 81178/1992).
Um den Ausstoß an Umweltkontaminationen wie Industrieabfällen und ihren Aschen beinhaltende Schwermetalle zu verhindern, war die erste frühere Erfindung auf das Verfahren zum Verhindern des Ausstoßes der Umweltkontaminationen durch Einbringen der Industrieabfälle in einer unter Tage ausgebildeten Erdschicht gerichtet, um die Industrieabfälle einzuschließen, wobei die Erdschicht aus einer Mischung von vulkanischer Ascheerde und Alluvialerde besteht. Der Bestandteil an toxischen Substanzen in der Lauge aus der Anlage ist niedriger als der durch das Gesundheitsministerium gesetzlich zugelassene Wert und wird zum Einleiten in Flüsse als sicher angesehen.
Die vorliegende Erfindung schafft Verfahren zur Behandlung von eine große Menge an Wasser beinhaltenden Abfällen durch Trocknung und Sortieren der Abfälle vor einer Verbrennung, bei der die in dem Verbrennungsprozeß der Abfälle erzeugte Wärme verwendet wird. Ebenso sind Verfahren beschrieben und der Gegenstand einer hiervon getrennten Anmeldung, die den Ausstoß von Lauge aus Industrieabfällen in die lokale Umgebung um die Müllbehandlungsanlage vermeiden. Aufgrund dessen leistet die vorliegende Erfindung einen Beitrag zur Verhinderung von Umweltkontaminationen und ist für verschiedene Industrien von Vorteil.
Das Hauptergebnis der vorliegenden Erfindung war ein Verfahren zum effizienten Verbrennen von Abfällen, um dessen Wirtschaftlichkeit zu erhöhen. In Haushalten und Verköstigungseinrichtungen produzierter Müll beinhaltet bis zu 90 Vol.% Wasser. Der Wasseranteil des Mülls macht es schwierig, den Müll in einer typischen Verbrennungsanlage zu verbrennen und erzwingt zur Verbrennung des Mülls eine große Menge an Treibstoff. Dies war jedoch ein sehr unwirtschaftlicher Weg, um Abfälle zu behandeln.
Bei der Behandlung von Industrieabfällen ist es allgemeine Praxis, daß nach Entfernen in der Lauge vorhandener toxischer Komponenten Schmutzwasser in die Umgebung der Müllbehandlungsanlage ausgebracht wird.
Um Schmutzwasser aus Industrieabfällen in Flüsse einzuleiten, muß man die betroffenen staatlichen Stellen unterrichten und die Schmutzwasserbehandlung ständig überwachen. Eine qualitative Kontrolle von Schmutzwasser ist kostenintensiv und einfachere Verfahren zur Überwachung von Schmutzwasser sind erwartet worden.
Außerdem sind Verfahren, die kontaminiertes Schmutzwasser ungefährlich machen derzeit notwendig, da toxische Komponenten beinhaltendes Schmutzwasser aussickert, wenn Industrieabfälle vor der Verbrennung dem Regen ausgesetzt sind oder wenn toxische Metalle beihaltendes Schmutzwasser bei Prozeßschritten von Industrieabfällen oder in hierfür vorgesehenen Anlagen produziert wird.
Eine Vorerwärmungseinrichtung für Abfälle wurde offenbart, wo Abfälle durch die Wärme von Abfallgasen vor der Verbrennung getrocknet werden, wobei die Temperatur der Abfallgase nicht hoch genug ist, um die Abfälle zu verbrennen (japanische Patentanmeldung Kokai Nr. 22907/1987). Die Vorwärmeinrichtung kann jedoch nicht mit einer zur Verbrennung vorgesehenen großen Müllmenge fertig werden. Andere Beispiele zum Trocknen von Müll durch Erwärmen mit Abfallverbrennungsgas beinhalten die FR-A-2518525, SE-B-460149 und EP-A-31558.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von eine große Wassermenge beinhaltenden Abfällen zu schaffen, um die Abfälle effizient zu verbrennen, so daß die Probleme der herkömmlichen Abfallbehandlungsanlagen überwunden werden können.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Behandlung von eine große Menge Wasser beinhaltenden Abfällen umfassend:
Zuführen der Abfälle in den mit einem Rührmittel ausgestatteten Trockner, in dem ein reduzierter Druck gehalten wird,
Rühren der Abfälle, während bei -20 ºC ± 5 ºC gekühlte Luft in den Trockner eingeblasen wird, und
Trocknen der Feuchtigkeit der Abfälle durch Sublimation.
Die Erfindung wird nun anhand eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme zu den Figuren beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm des Trockners nach der Erfindung. (A) ist ein Schaubild, das das Trocknen der Abfälle zeigt und (B) ist ein Schaubild, das den Abtransport der Abfälle zeigt,
Fig. 2 eine Kurve, die das Trocknen und Gefrieren von Abfällen darstellt,
Fig. 3 eine Kurve, die die Wasserentfernung aus Abfällen darstellt,
Fig. 4 ein schematisches Schaubbild der Abfallbehandlungsanlage nach der Erfindung,
Fig. 5 stellt eine Materialbilanzierung nach der vorliegenden Erfindung dar,
Fig. 6 ein Flußdiagramm, das die Hauptschritte zum Ausführen der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 6 ist *1 eine in der japanischen Patentanmeldung Nr. 96995/1991 offenbarte Schadstoffentfernungseinrichtung. *2 ist ein vollständig geschlossenes System zum Behandeln von Lauge in einer überwachten Abfallbehandlungsanlage wie sie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 81178/1992 offenbart ist. *3 ist ein Trockner zum Trocknen von Abfällen vor einer Verbrennung wie sie hierin und in der japanischen Patentanmeldung Nr. 129120/1992 offenbart ist.
In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Bunker, in den Abfälle eingegeben werden, 2 einen Motor, 3 eine Schnecke, 4 einen Träger, 5 eine Rohrleitung, die zur Druckreduzierung dient, 6 eine Rohrleitung, die zum Luftausblasen dient, 7 eine Rohrleitung, die zum Zuführen von kalter oder warmer Luft dient, 8 einen Bandförderer, 9 einen Sortierer.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Trocknen von Abfällen vor einer Verbrennung durch Gefrieren der Abfälle bei reduziertem Druck ausgeführt. Die Mittel zum Reduzieren des Drucks im Trockner beinhalten die, die typischerweise beim Stand der Technik verwendet werden und die, bei denen ein ausgeblasenes Luftvolumen größer ist als das eingeblasene, damit der Trocknerinnenraum unter reduziertem Druck gehalten wird (offenbart in der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. 196279/1987). Vorzugsweise werden das ein- und ausgeblasene Luftvolumen so eingestellt, daß der Druck des Trockners bei 800 mmAq 500 mmAq gehalten wird. Wenn in den Trockner eingeblasene Luft auf -20 ºC ± 5 ºC bei wie oben beschrieben reduziertem Druck heruntergekühlt wird, gefriert die in den Abfällen vorhandene Feuchtigkeit am Tripelpunkt von Wasser (4,6 Torr 0 ºC) und wird dann sublimiert, um die Feuchtigkeit in den Abfällen zu reduzieren.
Das Kühlaggregat zum Kühlen der in den Trockner eingeblasenen Luft ist ein Kühlaggregat des Typs mit Wärmeabsorbierung, das die potentielle Wärmeenergie des Abfallgases vom nachfolgend beschriebenen Verbrennungsofen verwendet. Bei dem Abfallverbrennungsofen (Kapazität 55 t/Tag) kann durch das Kühlaggregat unter Verwendung von Abfallgas mit 0,7 m³/sek Kaltluft mit -15 ºC eingeblasen werden.
Aus dem Abfall verdunstende Feuchtigkeit wird vom Trockner mit Abgasen ausgegeben und emitiert unangenehme Gerüche. Um die Emission von unangenehmen Gerüchen in die Umgebung zu eliminieren, werden Abgase vom Trockner so behandelt, daß sie in die Verbrennungskammer des Verbrennungsofens ausgeleitet werden, um dort die Komponenten der unangenehmen Gerüche thermisch zu spalten. Wenn der Abfall im Trockner bewegt wird, tritt Wasser aus den Abfällen heraus und wird am Boden des Trockner zusammengeführt und verdunstet nicht. Dieses Wasser verdunstet aber in der Verbrennungskammer des Verbrennungsofens.
Große Mengen an Wasser beinhaltende Abfälle beinhalten sehr viel Lauge (leachate).
Lauge im Sinne der Erfindung meint toxische Bestandteile in einer gelösten Form beinhaltendes Wasser, das aus industriellen Abfällen und dergleichen aussickert. Unter behandelter Lauge ist gemeint, Lauge, die soweit gereinigt ist, daß diese in zulässig Weise in Flüsse eingeleitet werden darf. Mit Schmutzwasser ist toxische Bestandteile beinhaltetes Wasser gemeint, das in den industriellen Verarbeitungsschritten oder durch hierfür vorgesehene Einrichtungen verwendetet wird.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung, die eine integrierte Verarbeitung von Industrieabfällen zeigt. Neben industriellen Abfällen wird zugeführter Sperrmüll in der Trenneinrichtung zertrümmert und dann bei reduziertem Druck in dem mit gefrorener Luft versorgten Trockner gemäß der Erfindung getrocknet. Müll wird in einer Grube gelagert und durch den Müllentnahmekran in einer vorgegebenen Menge in den Bunker des Verbrennungsofens überführt.
In dem Verbrennungsofen verbrannte Industrieabfälle werden zu Asche, wovon die meiste auf den Ascheförderer Nr. 1 fällt, der auf dem Boden des Verbrennungsofens angebracht ist. Mit dem Verbrennungsgas feinverteilte Flugpartikel bekommen aufgrund der hohen Temperatur (850 ºC) des Gases eine glaspartikelartige Form (glasartige Partikel). Die im Innern toxische Bestandteile beinhaltenden glasartigen Partikel werden mittels versprühtem Wasser in der Kühlkammer für Abfallverbrennungsgase ausgewaschen, durch den Ascheförderer Nr. 2 ausbefördert und mit der durch den Ascheförderer Nr. 1 zugeführten Asche in der Aschegrube gelagert.
Als Kühlwasser für die Abfallverbrennungsgase wird bevorzugtermaßen behandelte Lauge aus Industrieabfällen verwendet (siehe japanische Patentanmeldung Nr. 96995/1991), Lauge aus Industrieabfällen, die nicht behandelt wurde, sowie toxische Bestandteile beinhaltendes Schmutzwasser, das in industriellen Abfallverarbeitungsschritten oder durch deren Einrichtungen verwendet wird, ohne diese Wasser speziell aufzubereiten. Das Kühlwasser wird versprüht und durch die hohe Temperatur (850 ºC) des Abfallgases in Dampf umgewandelt, während die Temperatur des Abfallgases vermindert wird. Im Kühlwasser vorhandene Flugpartikel bekommen eine glaspartikelartige Form, die auf ihrer Oberfläche toxische Bestandteile absorbiert oder innen einschließt, und die toxische Bestandteile aufnehmenden Partikel werden durch den Ascheförderer ausbefördert.
Die sich ergebende verbrannte Asche wird gemäß dem in der japanischen Patentanmeldung Nr. 96995/1991 offenbarten Verfahrensweise behandelt oder mit Zement verfestigt und vergraben. Gekühltes Abfallgas wird, nachdem dessen Flugbestandteile durch einen elektrischen Staubkollektor zusammengesammelt wurden, durch das Sauggebläse (IDF) zu der toxische Gase absorbierenden Anlage des Naß-Typs gebracht. In der toxische Gase absorbierenden Anlage des Naß-Typs wird Wasser versprüht, um toxische Gase zu absorbieren und NaOH wird als Neutralisierungsmittel hinzugefügt.
Wie oben beschrieben wird für die Behandlung von Industrieabfällen verwendetes Schmutzwasser oder im Industrieabfallverarbeitungsschritt verwendetes Schmutzwasser gelagert und als Resource verwendet, um Abfallgas zu kühlen oder über toxische Gase zu sprühen, um dieses zu absorbieren. Das toxische Gase absorbierende Wasser wird im Verbrennungsofen verbrannt und ein Teil hiervon wird verwendert, um das Abfallgas aus dem Verbrennungsofen zu kühlen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Trocken von Industrieabfällen in einem Trockner vor der Verbrennung, wobei im Verbrennungsofen erzeugte Wärme verwendet wird, um effizient Abfälle zu verbrennen. Die oben beschriebene integrierte Abfallbehandlung schafft ein Verfahren, bei dem Lauge in der Abfallbehandlungsanlage vollständig verwendet werden kann, ohne daß es in die Umwelt ausgeführt wird.
Dies macht es möglich, die Umwelt an einer Kontamination durch Lauge zu schützen und Lauge mit minimalen Kosten zu kontrollieren.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme zu den folgenden Beispielen leichter verständlich werden. Diese Beispiele sind jedoch nur zur Erläuterung der Erfindung bestimmt und können nicht als den Schutzbereich der Erfindung beschränkend angesehen werden.

Beispiel 1

100 kg Chinakohl (Wasserinhalt ungefähr 95 %), dessen Wassergehalt als äquivalent mit dem von Haushaltsabfällen angesehen wird, wurde in den Bunker-Typ Trockner (Kapazität: 100 kg/pro Durchgang) der mit einem wie in der Fig. 1 gezeigten Schnecke 3 ausgestattet ist, zugeführt und unter den folgenden Bedingung getrocknet.
Druck (reduziert) 500 - 800 mmAq
Temperatur -20 ºC ± 5 ºC
Luft 10 m/sek
Trocknungszeit 40 min ± 10 min
Anzahl Umdrehungen der rührenden Schnecke 15 ± 5 U/min
Nach dem Trocknen waren 60 - 70 % Wassergehalt des Chinakohls entfernt und wurden im Verbrennungsofen ohne weiteres verbrannt. Die Ergebnisse sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt.
Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, wurde eine Trocknung in 40 - 45 Minuten erzielt. Hiernach hatte eine weitere Trocknung keine Wirkung auf die Trockenheitsgrad des Kohls. Die Tabelle 1 zeigt die Trocknungszeit und Trocknungsrate. Tabelle 1
Nach dem Trocknen wird der Träger 4 am Boden des Bunkers an beiden Seiten (Fig. 1 B) geöffnet und dann wird der getrocknete Chinakohl durch den Förderer 8 zum Sortierer 9 gebracht. Im Sortierer werden bei einer tatsächlichen Verwendung anstatt des Chinakohls Abfälle in brennbare und nicht brennbare Substanzen sortiert.

Beispiel 2 - Integrierte Abfallbehandlung

Die in der Fig. 4 gezeigte Abfallbehandlungsanlange wurde durchgehend für 24 Stunden betrieben. Der Umweltverschmutzungs-Verhinderungszustand der Anlage ist in der Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
Wenn der in Fig. 4 gezeigte Verbrennungsofen mit einer Kapazität von 55 t/Tag betrieben wird, ist die Materialbilanzierung wie in der Fig. 5 gezeigt. Es kann eine Trocknungsstufe gemäß der Erfindung wie in Fig. 6 gezeigt integriert werden.
2292,5 kg/h Müll wurden in den Verbrennungsofen zugeführt. Der Müll beinhaltete Holzschnitzel, Altpapier und Wellpappe (1671,5 kg/h), Kunststoffabfälle (410 kg/h), Polyvinylchloridleitungen (27,5 kg/h), Biomüll (156 kg/h) und Farbe (27,5 kg/h). Es wurden 28.000 Nm³/h Verbrennungsgas bei 850 ºC unter Verwendung des Luftstroms des Druckluftgebläses mit 27.300 Nm³/h produziert. Das Abfallgas wurde durch 9.700 kg/h Kühlwasser in der Verbrennungsgas-Kühlkammer gekühlt. Hiernach wurden 4.200 Nm³/h Abfallgas bei einer abgesenkten Temperatur von 200 ºC zum elektrischen Staubsammler zugeführt und behandelt.
Das in dem elektrischen Staubsammler behandelte Abfallgas wurde der toxische Gase absorbierenden Anlage des Naß-Typs mit 44.000 Nm³/h bei 180 ºC durch IDF zugeführt.
Wasser (11.500 kg/h) und NaOH (85 kg/h) wurden der toxischen Gasabsorbierungsanlage des Naß-Typs hinzugefügt, um 94.500 Nm³/h Abfallgas und 4.900 kg/h bei 73 ºC Dampf zu produzieren. Das Abfallgas und der Dampf wurden durch den Schornstein in die Atmosphäre ausgelassen. Ein Teil des toxische Gas absorbierten Wassers wurde mit 6.600 kg/h verbrannt und das restliche Wasser wurde zum Kühlen des Abfallgases aus dem Verbrennungsofen verwendet.
Die Aschen im Verbrennungsofen und in der Abfallgas- Kühlkammer wurden mit 210 kg/h ausbefördert. 160 kg/h Wasser wurden der Asche hinzugefügt, um 370 kg/h verbrannte Asche zu haben.
Der Staub wurde mit 440 kg/h im elektrischen Staubsammler in zwei Systemen produziert. Zement und aufbereitetes Wasser wurden mit 75 kg/h bzw. 100 kg/h hinzugefügt, um 615 kg/h Staub zu verfestigen.
Die integrierte Abfallbehandlung schafft ein Verfahren zur vollständigen Eliminierung des Ausstoßes an Lauge in die lokale Umgebung um die Industrieabfallbehandlungsanlage, umfassend Bearbeiten der verbrannten Aschen und des Staubs gem:ß den Verfahren, die beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung Nr. 96995/1991 offenbart sind und unter Verwendung der Lauge zum Kühlen oder Absorbieren des Abfallgases oder der toxischen Gase aus dem Verbrennungsofen.
Die elektrische Leistung, der Zement und andere Bedingungen im oben beschriebenen Prozeß sind in der Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4
Die Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das den Prozeß nach Fig. 4 zeigt.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von Abfällen, die vor einer Verbrennung eine große Wassermenge beinhalten, umfassend Zuführen der Abfälle in einen mit einem Rührmittel ausgestatteten Trockner, in dem ein reduzierter Druck beibehalten wird, Rühren des Abfalls, während Luft in den Trockner eingeblasen wird, wobei die Luft bei -20 ºC ± 5 ºC gekühlt wird, wodurch der Abfall durch Sublimation trocknet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in den Trockner eingeblasene Luft durch einen die potentielle Wärme des Abfallgases des Verbrennungsofens benutzendes Kühlaggregat des Typs mit Wärmeabsorbierung gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem durch Ausblasen eines größeren Luftvolumens aus dem Trockner verglichen mit der hierin eingeblasenen ein reduzierter Druck beibehalten wird.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend Sortieren getrockneter Abfälle durch ein Sortiermittel nach dem Trocknen, Zerkleinern trennbarer Substanzen des sortierten Abfalls, Trocknen der zerkleinerten Substanzen und Verbrennen der zerkleinerten Substanzen.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend Überführen des Abfallgases und des Schmutzwassers zu der Verbrennungskammer des Verbrennungsofens.