DE69703975T3 - Optimierte methode zur behandlung und energielieferten verwertung von kommunalem und industriellem klärschlamm - Google Patents

Optimierte methode zur behandlung und energielieferten verwertung von kommunalem und industriellem klärschlamm Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung und energielieferten Verwertung von kommunalem und industriellem Klärschlamm, der aus den Abwasserkläranlagen entsteht.
  • Das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist durch ein neuartiges Zusammensetzen von bekannten und separat erprobten Ausrüstungen gekennzeichnet, daß die im Klärschlamm beinhaltete Energie befreit wird und eine positive Energie Bilanz, gleich ≅ 5,7 Tonnen-Petrol-Gleichwert pro Jahr pro 1000 Einwohner-Gleichwert, erreicht wird.
  • Die Methode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bringt eine vollständige Lösung für die umweltfreundliche Klärschlammentsorgung ohne Verlegung der Umweltverschmutzungen, und schützt den Boden, das Grundwasser und die Umwelt vor den Bakterien-, Geruchs- und Schwermetalleverunreinigungen; sie ist dadurch gekennzeichnet, daß:
    • 1) seine Investitionskosten konkurrenzfähig sind und circa 10% der Kosten von einer Müllverbrennungsanlage mit Wärmerückgewinnung und vorschriftsmäßiger Rauchgasreinigung für die gleiche Einwohner-Gleichwert Kapazität betragen;
    • 2) sein Automatismus mit allen Sicherheitsvorrichtungen hochentwickelt ist und einen automatischen Betrieb ohne Personalanwesenheit erlaubt, unter der Voraussetzung, daß im Verfahren kein Druckwasserdampf benutzt wird (sondern Wärmeträgeröl);
    • 3) seine Wartung einfach und wenig kostspielig ist und entweder vom Wartungspersonal der Kläranlage oder von einem äußeren Wartungsbetrieb durchgeführt wird;
    • 4) seine gesamten Kosten für die vollständige Klärschlammbehandlung pro Tonne im Vergleich mit den Klärschlammentsorgungskosten anderer umweltgerechten Methoden ganz konkurrenzfähig sind.
  • Daraus ergibt sich einen wirtschaftlichen Anreiz zu neuen Investitionen im Verfahren der vorliegenden Erfindung, die sehr rentabel sind und deshalb neue und stabile Arbeitsplätze bei den Herstellern schaffen.
  • Das Problem des Klärschlammes beunruhigt zur Zeit die Gemeinden und den Staat, weil die große Menge vom Klärschlamm immer zunehmen wird und damit Gift-, Bakterienund Geruchverunreinigungen den Boden, das Grundwasser und die Umwelt bedrohen. Deshalb ist es dringend über eine optimierte Methode zur Klärschlammbehandlung und Verwertung zu verfügen, die sicher, beständig, umweltschonend, wirtschaftlich und in jeden Umständen anwendbar ist; diese Ansprüche erfüllt die Methode der vorliegenden Erfindung, die in jeder Kläranlage mit einer gleichen oder gröberen als 30.000 Einwohner-Gleichwert Kapazität anwendbar ist.
  • Die aktuellen Entsorgungswege des Klärschlammes nach seiner Entwässerung sind entweder die landwirtschaftliche Ausstreuung oder die Deponie oder manchmal die gemeinsame
  • Verbrennung mit Hausmüll, mit oder ohne Vortrocknung.
  • Dieser letzte Entsorgungsweg ist kostspielig und bezüglich der energielieferten Verwertung des Klärschlammes nicht optimiert.
  • Der Entsorgungsweg in Mülldeponien wird wegen dem angekündigten Deponie-Verbot im Jahr 2002 in den europäischen Ländern bald nicht mehr möglich sein.
  • Die landwirtschaftliche Klärschlammausstreuung, die zur Zeit öfter verwendet wird, ist gemäß dem hohen P2O5 Gehalt des Klärschlammes und dem verhältnismäßig niedrigen P2O5 Bedürfnis der Pflanzen dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphor als begrenzender Bestandteil betrachtet wird und daß der Klärschlamm wie ein spätwirkender Dünger seine nahrhaften Bestandteile langsam befreit.
  • Bei der landwirtschaflichen Klärschlammausstreuung und der Klärschlammdeponie besteht ein Risiko von Krankheitsübertragung für Mensch und Tier; zum Beispiel in der Schweiz ist dieses Gesundheitsrisiko für Mensch und Tier niedrig, weil der auf Futter- und Gemüseflächen ausgestreute Klärschlamm immer hygienisiert sein muss und nicht mehr als 100 Enterobacterieaceen pro Gramm und keine ansteckungsfähigen Wurmeier enthalten darf. Solche Anforderungen über die Hygienisierung bestehen nicht in Frankreich.
  • Auch nach der Hygienisierung muß die Benutzung des Klärschlammes als spätwirkender Phosphordünger wegen seinem Gehalt an Schwermetalle mit Geiz durchgeführt werden, um eine Bodensättigung mit Schwermetallen langfristig zu vermeiden (siehe folgende Tabelle); tatsächlich beträgt die Zeitspanne in Jahren bis zur Auffüllung der Richtwerte der schweizerischen Bodenschutzverordnung für zwei verschiedene Schlammqualitäten bei einer Ausstreuung von 2,5 tTS/ha/Jahr gemäß den « 28. Mitteilungen der EAWAG, September 1989 » wie folgt
    Figure 00030001
  • Als Folge der zunehmenden landwirtschaftlichen Ausstreuung des Klärschlammes entspricht die Praxis der Bodensättigung bis zu den Richtwerten keine gute Verwaltung der Naturerbschaft der Menschheit; da die Sanierung von kontaminierten Böden für die künftigen Generationen sehr schwierig und teuer wäre, muß man noch vorsichtig mit dem Klärschlamm umgehen. In dieser Hinsicht wird vom kurzfristigen Verbot der Klärschlammdeponie (Jahr 2002) ein großes Gefühl der Sicherheit verliehen.
  • Betreffend der organischen Verunreinigungen im Klärschlamm nämlich: LAS (Lineare Benzolsulfonate), NP (Nonylphenol), PAK (Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe), Sn-OC (Zinnorganische Verbindungen), PCB (Polychlorierte Biphenyle), HCB (Hexachlorbenzol) und LI (Lindan), fehlt noch gemäß der Information der « 28. Mitteilungen der EAWAG, September 1989 » eine bessere Abschätzung des Risikos der landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm.
  • Die Methode der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, diese Nachteile zu vermeiden. Eine energielieferte Verwertung des Klärschlammes ist nach einer thermischen Tracknung bis zu 92% TS (Trockensubstanz) als Brennstoff vorgesehen; das trockene Produkt kann leicht gespeichert und automatisch dosiert werden und in einer Müllverbrennungsanlage als Zusatzbrennstoff benutzt werden; die Müllverbrennungsanlage muß mit einer Wärmerückgewinnung und einer Abgasereinigung ausgerüstet werden, so daß Schwermetalle gemäß dem Boden- und Grundwasserschutz entsorgt werden.
  • Die Menge von getrocknetem Klärschlamm beträgt in Frankreich im Durchschnitt 4,5% der Müllmenge von einem gleichen Einwohner-Gleichwert. Seine Benutzung als Zusatzbrennstoff macht es möglich, die thermische Leistung der Müllverbrennungsöfen und die Dampferzeugung konstant zu halten, obwohl die Zusammensetzung, die Feuchtigkeit und denn der Hu (Unterer heizwert) des Mülls schwanken. Die Dampferzeugung wird sogar mittels angemessener Speicherbehälter und Dosierungsautomaten des trockenen Klärschlammes am Nennwert der Anlage festgesetzt; diese Geräte sind Bestandteile der Methode der vorliegenden Erfindung und werden in einer Müllverbrennungsanlage in der Nähe der betroffenen Kläranlage eingebaut.
  • Die beigelegten Abbildungen beschreiben die Methode der vorliegenden Erfindung Die 1 stellt die Geräte dar, die die fünf ersten Stufen des Verfahrens durchführen.
  • Die 2 stellt die sechste Stufe des Verfahrens dar.
  • Die 3 stellt eine Variante für die Stufe 1 und 2 des Verfahrens dar.
  • Die 4 stellt eine Anwendung des Verfahrens zur vollständigen Behandlung von der Gülle und ihrer Umwandlung in einen körnförmigen Dünger.
  • Bezugnehmend auf die 1 und 2, die das gesamte Verfahren darstellen, sind die Stufen 1 bis 5, die zum ersten Mal in einer Kläranlage zusammen durchgeführt werden, und den Stufe 6, der zum ersten Mal in einer Müllverbrennungsanlage durchgeführt wird, wie folgt beschrieben
    • 1) Die anaerobe Faulung (1) des flüssigen Frischschlammes, während dessen ein Teil der Energie des Klärschlammes als Biogas befreit wird. Nach der Vertrocknung und dem Filtern ist das Biogas bis zur Verwendung gespeichert. Der Hu (Unterer Heizwert) des Biogases beträgt circa 5500 kcal/Nm3 gleich 6,395 kWh/Nm3. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung geschieht die anaerobe Faulung in einem einstufigen konventionnellen Reaktor unter Sauerstoffausschluß an einer Temperatur von 35°C während circa 20 Tage. Ein Wärmetauscher (1a) erwärmt den Frischschlamm durch das mittels der Brüdenkondensationswärme erzeugte Warmwasser. Als die anaerobe Faulung zum ersten Mal in Betrieb gesetzt wird, erfolgt die erste Heizung des Frischschlammes mittels eines kleinen elektrischen Heizkessels (1b) und des Wärmetauschers (1a). Gemäß spezifischen Durchführungensartensarten kann die anaerobe Faulung im erfindungsgemäßen Verfahren durch eine anaerobe Faulung mit einer Trennung der zwei Phasen der Faulung: die sauere Hydrolyse und die Methanbildung, oder durch eine aerobe thermophile Stabilisierung und eine anschließende anaerobe Faulung ersetzt werden.
    • 2) Die mechanische Entwässerung (2) des gefaulten Klärschlammes bis zu 22–24% TS (Trockensubstanz) mittels einer Zentrifuge (2a), eines Bandfilters (2b) oder mittels einer beliebigen mechanischen Entwässerungsmaschine ohne erreichten TS Gehalt Begrenzung. Die mechanische Entwässerung des Klärschlammes erfordert üblicherweise die Zufuhr von Polymer, um einen hohen TS Gehalt im entwässerten Klärschlamm und eine bessere Qualität des in die Kläranlage zurückfliessenden Filtrates zu erreichen. Der entwässerte Klärschlamm wird in einen Pufferbehälter (2c) gespeichert, woraus er mittels einer speziellen Pumpe (2d) zur thermischen Trocknung dosiert wird. Der Pufferbehälter ermöglicht es, daß die thermische Trocknung kontinuierlich läuft, obwohl die mechanische Entwässerung diskontinuierlich funktionieren darf.
    • 3) Die Verbrennung des Biogases in einer Gasturbine (3) nach einer leichten Anreicherung mit Erdgas. Gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 ist das BHKW (Blockheizkraftwerk) dadurch gekennzeichnet, daß es eine fast totale Energienutzung und einen globalen Wirkungsgrad 16% größer als den von einem herkömmlichen BHKW erreicht, dank seines gescheiten Zusammensetzen mit einer zweistufigen Trocknungsanlage: der erste Trockner benutzt (Kreislauf 3b) 100 der im Wärmetauscher (3a) von den heissen Abgasen zurückgewonnene Energie und der zweite Trockner benutzt als Wärmeträger (Kreislauf 3c) 100 der Menge des Abgases mit der Austrittstemperatur des Wärmetauschers (3a), ohne daß eine Anpassung oder ein Zusatzgerät erforderlich sind. Gemäß spezifischen Durchführungensartensarten kann die Gasturbine im erfindungsgemäßen Verfahren durch einen Gasmotor oder durch jedes anderes BHKW ersetzt werden und der Brennstoff im erfindungsgemäßen Verfahren kann durch Biogas allein oder Erdgas allein ersetzt werden.
    • 4) Die thermische Trocknung (4) des mechanisch entwässerten Klärschlammes bis zu 92% TS (Trockensubstanz) und die nachfolgende Kühlung des getrockneten Klärschlammes. Das Trocknungssystem besteht aus zwei serienweise angeordneten Geräten, die millels eines Fallschachtes (4c) direkt verbunden sind. Weder eine Trockengut-Rückmischung (zur Umgehung der Zähphase) noch eine bestimmte Formgebung des Speiseproduktes ist vor dem trocknugssystem erforderlich; daher sind die Überwachung und der Bau der Anlage denkbar einfacher.
  • Die Beschreibung dieser im erfindungsgemäßen Verfahren enthaltenen zwei hochwertigen Geräte zur Klärschlammtrocknung und -kühlung, ist wie folgt:
    • – Das erste Gerät (4a) ist ein indirekt Dünnschicht-Drehtrockner mit einem durch Wärmeträgeröl beheizten Doppelmantel; die Beheizung des Wärmeträgeröles erfolgt durch den obengenannten Wärmetauscher (3a) mittels einer Kreislaufpumpe (4d).
  • Gemäß spezifischen Durchführungensarten kann der Wärmetauscher (3a) im erfindungsgemäßen Verfahren Drucksattdampf erzeugen, der das Wärmeträgeröl im Doppelmantel des Dünnschichttrockners ersetzen kann.
  • Der Wärmeaustausch erfolgt über den internen Mantel, worauf der Klärschlamm in dünner Schicht aufgetragen wird. Die Wärmeübertragung ist hoch dank der geringen Dicke der Klärschlammschicht und der hohen Durchmischung und erneuerten Producktschicht durch die bewirkten Turbulenzen von der Schaufeln des Rotors, die an ihren Enden eine lineare Geschwindingkeit von 8 m/s erreichen.
  • Der Dünnschichttrockner ist ein erprobtes Gerät und trocknet Klärschlamm mit beliebigem Eingang-Trockensubstanzgehalt bis zum gewünschten Ausgang-
  • Trockensubstanzgehalt ohne Trockengut-Rückführung und ohne die zähflüssige und klebrige sogenannte « plastische Phase » zu befürchten. Der Klärschlamm durchläuft während der Trocknung über eine zähplastische Phase an einem Trockensubstanzgehalt von ungefähr 50% TS, der Grenzwert von 50% TS hängt von der Klärschlammbeschaffenheit ab.
  • Der Rotor des Dünnschichttrockners ist mit individuell einstell- und austauschbaren Schaufeln
  • ausgerüstet, die ihm eine große Flexibilität sichern und den Klärschlamm in dünner Schicht auf der Heizfläche auftragen sowie den Klärschlamm fortwährend zum Austrag fördern; der Klärschlamm verläßt den ersten Trockner nach der plastischen Phase mit einem Trockensubstanzgehalt von circa 64% TS als Granulat dank des internen Granulierleisten des Trockners.
  • Während der Trocknung geschieht zuerst die Erwärmung des Klärschlammes bis zu einer Temperatur von circa 100°C und dann findet auf diese Temperatur die Wasserverdampfung statt; die Erwärmung bis zu 100°C ermöglicht eine Hygienisierung des Klärschlammes und daher die fast völlige Beseitigung der Bakterien-Verunreinigung.
  • Das im Klärschlamm enthaltene Wasser verdampft sich weiter im zweiten Trockner (siehe weiter unten) bis zu einem TS-Gehalt von ungefähr 92% TS mit einem stabilen staubfrei Endprodukt; Da das Wassergehalt des Klärschlammes viel weniger als 15% beträgt, besteht keine Gefahr, daß der getrocknete Klärschlamm mit einem unangenehmen Geruch in Gärung übergeht.
    • – Das zweite Gerät (4b) ist ein vibrierender Fließbetttrockner/kühler, der den Klärschlamm von 64% TS bis 92% TS mit dem aus dem Wärmetauscher (3a) heissem Abgas weitertrocknet; das Abgas verläßt den Wärmetauscher und führt durch eine feste durchlöcherte Platte in den Schwingtrockner.
  • Der vorgetrocknete Klärschlamm mit ungefähr 64% TS und einer Temperatur von circa 100°C fällt durch Schwerkraft in den Fallschacht (4c) des Schwingtrockners (4b); tatsächlich hat der vorgetrocknete Klärschlamm nach dem Dünnschichttrockner eine ideale körnige Struktur und den optimalen TS-Gehalt oberhalb der plastischen Phase, um die Endtrocknung im Schwingtrockner zu beginnen; eine Mischung zwischen den zwei Trocknern von vorgetrocknetem/ rückgeführtem Klärschlamm ist nicht erforderlich.
  • Derselbe Schwingtrockner (4b) ist in seinem dem Austrag nahen Bereich mit einer Kühlungszone versehen, wodurch kalte Luft von zwei Gebläsen (4e) und (4f) gefördert wird, damit die Kühlung des 92% TS getrockneten Klärschlammes bis zu einer Temperatur kleiner als 50°C erfolgt für seine nachfolgende Speicherung.
  • Der Schwingtrockner (4b) ist nicht mit Drehschaufeln versehen, so daß kein feiner Staub aus dem getrockneten Klärschlamm enstehen kann; das Granulat, das im ersten Dünnschichttrockner geschafft wurde, wird nicht im Schwingtrockner zerstört sondern seine Größe wird leicht kleiner wegen seines verminderten Wassergehalts. Daraus ergibt sich, daß sowohl das getrocknete Endprodukt als auch das Abgas staubfrei sind; ein Zyklon (4g) wird jedoch in der Leitung des Abgases als Sicherheitsmaßnahme eingebaut. Der getrocknete und gekühlte Klärschlamm wird von einem Förderband (4h) mit einem durchsichtigen Dach und mittels eines Becherwerkes (4i) in einen Speicherbehälter (4j) abtransportiert; der Behälter wird mit einer teleskopischen Schurre (4k) ausgerüstet; Lastkraftwagen mit einem pneumatischen Abladesystem liefern anschließend den Klärschlamm bei einer nahen Müllverbrennungsanlage ab.
  • Gemäß spezifischen Durchführungensarten kann der Zyklon (4g) entweder weggelassen werden oder durch eine beliebige Einrichtung wie zum Beispiel einem Schlauchfilter ersetzt werden.
    • 5) Die Kondensation der im indirekten Dünnschichttrockner erzeugten Brüden (5); dank der Brüdenkondensationswärme wird durch einen Rohrkondensator (5a) Heizungswasser erzeugt, womit Faultürme und Betriebsgebäude der Kläranlage beheizt werden; die überschüssigen Brüden kondensieren im Mischkondensator (5b), der gegebenenfalls für die gesamte aus dem Dünnschichttrockner erzeugten Brüden ausgelegt wird.
  • Die flüchtigen Komponenten des Klärschlammes wie Mercaptans, Formaldehyd und Schwefelwasserstoff befinden sich in den Brüden nach dem indirekten Dünnschichttrockner, während der Klärschlammtrockung bis zu ungefähr 64% TS sind alle übelriechenden flüchtigen Komponenten verdunstet und mit den Brüden zu den Kondensatoren geführt werden. Die verbleibende Brüdenabluft nach dem Kondensator wird als kleine Menge mittels eines Gebläses (5d) durch einen Tropfenabscheider (5c) der Gasturbine zugeführt und in deren Flamme oxidiert und so thermisch desodoririert, wodurch der 64% TS vorgetrockneten Klärschlamm von Geruchsstoffen weitestgehend entlastet wird und mittels des heißen Abgases im Schwingtrockner ohne Geruchsbelästigung weiter getrcknet werden kann. Dadurch ist eine Abgas-Desodorierungsanlage nicht nötig und damit wird das erfindungsgemäße Verfahren weitgehend vereinfacht.
  • Gemäß spezifischen Durchführungensarten können im erfindungsgemäßen Verfahren die verbleibende Brüdenabluft nach dem Kondensator chemisch oder biologisch desodoriert werden und der Schwingtrockner/kühler mit einer Abgas-Desodorierungsanlage ausgerüstet werden.
    • 6) Die optimierte energielieferte Verwertung des 92% TS getrockneten Klärschlammes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3 ist dadurch gekennzeichnet, daß
    • – Der getrocknete Klärschlamm als relativ kleine Menge mit Lastkraftwagen zu einer nahen Müllverbrennungsanlage abtransportiert wird, wo im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechende Klärschlammbehälter (6a) und automatische Dosierungseinrichtung (6b) eingebaut werden.
    • – Der getrocknete Klärschlamm, dessen unterer Heizwert (Hu) ungefähr 2270 kcal/kg oder 2,64 kWh/kg beträgt automatisch im Müllverbrennungsofen/kessel (7) entsprechend der gewünschten Dampfmenge dosiert wird, wodurch die üblichen Schwankungen der thermischen Leistung des Müllverbrennungsofens kompensiert werden ohne notwendige Überdimensionierung der existierenden Einrichtungen. Die Vorteile dieser energielieferten Verwertung des getrockneten Klärschlammes sind, daß die Müllverbrennungsanlage über einen leicht speichbaren und dosierbaren Zusatzbrennstoff verfügt, um eine Dampfmenge konstant zu halten sowie eine bestimmte Energielieferung einem Dritten zu gewährleisten.
  • Eine Müllverbrennungsanlage darf getrockneten Klärschlamm verbrennen unter der Voraussetzung, daß sie neben der Energierückgewinnung auch eine Abgasereinigung (8), gemäß den aktuellen Verordnungen über den Boden-, Grundwasser- und Umweltschutz enthält insbesondere was die Entsorgung der Schwermetalle aus dem Müll und dem Klärschlamm anbetrifft. Da die Proportion der Menge des getrockneten Klärschlammes im Vergleich zu der Müllmenge ganz klein ist und üblicherweise 4,5% beträgt, hat die Entsorgung der aus dem Klärschlamm gebrachten Schwermetalle nur marginale Überkosten zur Folge; diese Kosten werden von Fall zu Fall bestimmt und mit dem Gewinn aus der energielieferten Verwertung des Klärschlammes verglichen.
  • Gemäß spezifischen Durchführungensarten kann der Verwendungszweck des getrockneten Klärschlammes im erfindungsgemäßen Verfahren anders als oben beschrieben wie jede andere Verbrennungsanlage sein.
  • Alle Einrichtungen wie Verbindungsrohrleitungen, Meßund Regelgeräte sowie Förder- und Speicherungsanlage des Klärschlammes usw. werden dadurch gekennzeichnet, daß sie dem neuesten Stand der Technik während jeder neuen Realisierung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung entsprechen; die schematischen Darstellungen dieser Einrichtungen auf die beigelegten Schemata des Verfahrens, mit Ausnahme der Trockner, sind nicht einschränkend.
  • Nach jeder Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens verringert sich die Durchflußmenge des Klärschlammes, wie die folgende Tabelle es zeigt
    Figure 00120001
  • Bezugnehmend auf die 3 ist die « Variante » des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen 3, 4 und 6 unverändert sind und daß die Stufen 1, 2 und 5 auf eine neuartige Weise im Rahmen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wie im folgenden durchgeführt werden können: der frische flüssige Klärschlamm wird bis zu einer Temperatur von 55–60°C im Kondensator (5e) der Brüden aus dem Dünnschichttrockner erwärmt dann mittels einer Zentrifuge (2a) kontinuierlich entwässert. Aufgrund der hohen Temperatur des Klärschlammes von 55–60°C werden die Menge des verbrauchten Polymers und der TS-Gehalt des entwässerten frischen Klärschlammes respektive geringer und höher sein. Die erste Erwärmung des frischen Klärschlammes erfolgt mittels des elektrischen Heizkessels (1b) und des Wärmetauschers (1a), die auch wenn erforderlich als zusätzliche Heizungsgeräte dienen können.
  • Der entwässerte Klärschlamm mit einem TS-Gehalt von 28–30% fällt durch die Schwerkraft direkt in einem Fallschacht (1c) und erreicht den anaeroben thermophilen horizontal Fermenter (1); ein Rührgerät bewirkt die Bewegung des Klärschlammes während seiner Faulung und sichert eine optimale Biogas-Freisetzung; da der TS-Gehalt am Einlaß des Fermenters von 4–5% TS auf 28–30% TS erhöht wird ist dessen Volumen viel kleiner für eine unveränderte Aufenthaltsdauer des Klärschlammes.
  • Der gefaulte Klärschlamm wird kontinuierlich am Auslaß des horizontalen Reaktors mittels einer speziellen Pumpe (2d) direkt ohne Zwischenspeicherung der Faulschlamm-Trocknungsanlage zugeführt.
  • Der horizontale Fermenter wird so konstruiert, daß sein Volumen ausreicht im Fall einer unerwarteten Betriebsstörung der nachfolgenden Klärschlammtrocknung. Die Aufenthaltsdauer des Klärschlammes im Fernenter beträgt ungefähr 20 Tage. Die Stufen 3, 4 und 6 des Verfahrens werden dann ohne Veränderung durchgeführt.
  • Bezugnehmend auf die 4 ist die Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung für die Behandlung von der Gülle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen 1, 2, 3 und 4 des Verfahrens unverändert sind und daß die Stufen 5 und 6 im Rahmen des Verfahrens auf eine neuartige Weise wie im folgenden durchgeführt werden können
  • Die Brüdenkondensation aus dem indirekten Dünnschichttrockner erfolgt sowohl im Rohrkondensator (5a), der das Kreislauf-Heizwasser des anaeroben Fermenters erwärmt, als auch in einem Dünnschichtverdampfer (5g), dessen Rotor mit mobilen Schaufeln ausgerüstet wird; wenn dieses zweite Gerät in Betrieb ist, werden die Schaufeln die interne erwärmte Fläche berühren und helfen bei weiterer Konzentration des Filtrates nach der mechanischen Entwässerung der Gülle bis circa 20% TS. Die Konzentration des Filtrates der Gülle erfolgt zuerst in einer mehrstufigen Verdampfungsanlage (5f) mit Fallstromverdampfer; das Konzentrat mit ungefähr 20% TS wird im Pufferbehälter (2c) zugeführt; das Destillat besteht aus gereinigtem Wasser und wird entweder zur Bewässerung dienen oder direkt im Fluß zurückgeworfen. Die Brüdenabluft nach dem Kondensator stellt eine kleine Durchflußmenge dar und wird durch einen Tropfenabscheider (5c) mittels eines Gebläses (5d) abgesaugt und der Gasturbine zugeführt. Dadurch wird die Brüdenabluft in der Brennkammer oxidiert und thermisch desodoriert.
  • Die getrocknete Gülle wird als granulierter Hofdünger verwertet und wird von einer Big-Bag Befüllungsanlage (6a) verpackt; dieser Dünger beinhaltet zahlreiche Nährstoffe und wird vorrangig entsprechend dem Pflanzenbedarf ohne Überdosierung verwendet wie einen kommerziellen Dünger.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Behandlung und energielieferten Verwertung von kommunalem und industriellem Klärschlamm, das durch ein neuartiges Zusammensetzen von bekannten und erprobten Einrichtungen eine positive Energie Bilanz gleich ≅5,7 Tonnen-Petrol-Gleichwert pro Jahr pro 1000 Einwohner-Gleichwert erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die sechs folgenden Verfahrensstufen umfallt a) die anaerobe Klärschlammfaulung (1) mit Biogaserzeugung einstufig mit oder ohne einer aeroben thermophilen vorangestellten Stabilisierung oder zweistufig, b) die mechanische Entwässerung (2) des gefaulten Klärschlammes, c) die Verbrennung des Biogases in einer Gasturbine (3) nach einer leichten Anreicherung mit Erdgas und mit einer sehr weitgehenden Nutzung der eingesetzen Energie, d) die thermische Trocknung des entwässerten Klärschlammes mittels zwei Geräte, die serienweise angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gerät ein Dünnschichttrockner (4a) ist mit einem durch Wärmeträgeröl (Kreislauf 3b) beheizten Doppelmantel, dessen Beheizung durch den Wärmetauscher (3a) erfolgt, der die benötigte Wärme aus dem heißen Abgas nach der Biogasverbrennung zurückgewinnt, und daß das zweite Gerät ein vibrierender FlieBbetttrockner/ kühler (4b) ist, dessen Beheizung mit dem restlichen heißen Abgas (Kreislauf 3c) nach dem Wärmetauscher erfolgt, und daß das Abgas nach dem Schwingtrockner/kühler (4b) durch einen Zyklon (4g) als Sicherheitsmaßnahme abgesaugt wird, e) die Brüdenkondensation aus dem indirekten Dünnschichttrockner in einem Rohrkondensator (5a), der das Warmwasser für die Heizung der Faultürme und der Betriebsgebäude erzeugt, oder im Notfall in einem Mischkondensator (5b) durch Einspritzung von gereigneten Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibende Brüdenabluft nach dem Kondensator der Gasturbine zugeführt wird und in deren Flamme thermisch desodoriert wird, f) der Transport des getrockneten Klärschlammes auf eine nahe Müllverbrennunganlage und seine energielieferte Verwertung als speichbarer (6a) und automatisch dosierbarer (6b) Zusatzbrennstoff, der den Bedarf der bestehenden Verbrennungsöfen (7) entspricht, damit die üblichen Schwankungen der thermischen Leistung des Müllverbrennungsofens kompensiert werden ohne wegen der Klärschlammbehandlung erforderliche Überdimensionierung der existierenden Einrichtungen inklusive die Abgasereinigungs- und Schwermetallen-Entsorgungsanlage (8).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme aus der Verbrennung des Biogases im BHKW (Blockheizkraftwerk) gemäß der dritten Stufe des erfindungssgemäßen Verfahrens für die thermische Klärschlamm- oder Gülletrocknung abgesehen von kleinen Verlusten fast vollständig verwendet wird, daß der energetische Gesamtwirkungsgrad dank einer gescheiten Anordnung von zwei geeigneten Trocknern 16% höher als der Wirkungsgrad einer herkömmlichen BHKW ist, daß der erste Trockner (4a) ein Dünnschichttrockner ist und mit im Wärmetauscher (3a) erwärmten Wärmeträgeröl (Kreislauf 3b) indirekt geheizt wird, und daß der zweite Trockner (4b) ein vibrierender Fließbetttrockner ist und mit dem restlichen heißen Abgas (Kreislauf 3c) nach dem Wärmetauscher (3a) direkt geheizt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der getrocknete Klärschlamm mit einem unteren Heizwert (Hu) von ungefähr 2270 kcal/kg (2,64 kWh/kg) als schwacher Brennstoff von einer nahen Müllverbrennungsanlage mit Wärmerückgewinnung und Entsorgung der Schwermetalle benutzt wird, und daß die Verbrennungsanlage dank dieses einfach speichbaren und dosierbaren Zusatzbrennstoffes eine konstante Energielieferung einem Dritte gewährleisten kann.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der frische flüssige Klärschlamm zuerst mechanisch durch eine Zentrifuge (2a) kontinuierlich entwässert, dann in einem liegenden thermophilen anaeroben Fermenter (1) gefault wird, und daß die für die Faulung benötigte Wärme aus dem Dünnschichttrockner (4a) entweichenden Brüden entzogen wird, wobei der frische flüssige Klärschlamm bis zu einer Temperatur von 55–60°C in einem mit Kaskaden ausgerüsteten Mischkondensator (5a) erwärmt wird, dadurch der entwässerte Klärschlamm nach der Zentrifuge einen höheren TS-Gehalt von 28–30% TS erreicht und direkt den Fermenter in Form einer Pfropfenströmung bis zum Austrag durchläuft, anschließend wird der gefaulte Klärschlamm mittels einer Pumpe (2d) in den Dünnschichttrockner (4a) beschickt, danach werden die Stufen 3, 4, und 6 des Verfahrens nach Anspruch 1 ohne Veränderung durchgeführt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nachfolgenden Veränderungen für die Behandlung und die Veredelung der Gülle zu einem granulierten Hofdünger durchgeführt werden – das Filtrat aus der mechanischen Entwässerung wird in einer mehrstufigen Verdampfungsanlage (5f) mit Fallstromverdampfer vorkonzentriert und wird dann bis zu ungefähr 20% TS konzentriert in einem Dünnschichtverdampfer (5g), dadurch gekennzeichnet, daß dessen Rotor mit mobilen Schaufeln versehen wird, und dessen Heizung mittels der Kondensationswärme vom Brüdenüberschuß im Vergleich mit für den Fermenter benötigter Wärme erfolgt, – die getrocknete Gülle wird in diesem Fall als granulierten Hofdünger verwendet, nachdem dieser Dünger gekühlt, gespeichert und mittels einer Big-Bag Befüllungsanlage (6a) verpackt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine (3) durch einen Gasmotor oder jedes anderes BHKW (Blockheizkraftwerk) ersetzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklon (4g) entweder wegfällt oder durch jede andere geeignete Einrichtung wie einen Schlauchfilter ersetzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibende Brüdenabluft nach dem Kondensator und das Abgas aus der kompletten Anlage chemisch oder biologisch desodoriert werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der getrocknete Klärschlamm nicht in einer Müllverbrennungsanlage sondern in jeder anderen Verbrennungsanlage als Zusatzbrennstoff verwendet wird.
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