DE9320367U1 - Vorrichtung zur Entsorgung von Klärschlamm - Google Patents

Description

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EUROPEAN PATENTATTORNEYS

Dipl.-Ing. Helmut Marsch (1934-1979) Postfach 140443

Dipl.-Ing. Klaus Sparing D-40074 Düsseldorf

Dr. rer. nat. Wolf Horst Röhl

Dr. rer. nat. Daniela Henseler Telefon: (0211) 671034

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HOCHWALD-TON GMBH

Mariahütte 10

66620 Nonnweiler 515DE01G

Vorrichtung zur Entsorgung von Klärschlamm

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entsorgung von Klärschlamm.

Vorrichtungen zur Entsorgung von Klärschlamm sind notwendig, um die bei der Reinigung von Abwasser anfallenden großen Klärschlammengen aus kommunalen und industriellen Kläranlagen nach einer entsprechenden Stabilisierung, insbesondere durch Ausfaulen, einer sinnvollen Verwendung oder zumindest einer schadlosen Beseitigung zuführen zu können. Allein in der Bundesrepublik Deutschland fallen pro Jahr mehrere Millionen Tonnen Klärschlamm an.

Zur Verwertung der Klärschlämme bietet sich der Einsatz als Bodenverbesserungsmittel sowie als teilweiser Düngerersatz für mineralische Düngemittel an, da in der Regel eine Vielzahl organischer Substanzen sowie Makro- und Mikronährelemente in Klärschlämmen enthalten sind. Insoweit sind Klärschlämme Wertstoffe, die allerdings mit einer Reihe anorganischer und organischer Schadstoffe, pathologischer Bakterien, Viren, Wurmeiern etc. behaftet sind, so daß die auszubringende Klärschlammenge pro Hektar und Jahr im allgemeinen begrenzt ist. Es treten deshalb zunehmend Probleme im Zusammenhang mit dem Verbleib der Klärschlämme auf, insbesondere solcher Klärschlämme, die größere Schwermetallmengen enthalten.

■ D-40237 DÜSSELDORF

Selbst landwirtschaftlich, forstwirtschaftlich oder gärtnerisch verwertbare Klärschlämme werden demzufolge zum überwiegenden Teil in lagerfähige Form überführt und deponiert oder verbrannt. Eine wirtschaftliche Wiederverwendung der einmal deponierten Klärschlämme ist wegen des notwendigen Zusatzes an Chemikalien, die bei einer späteren Ausbringung als Bodenverbesserungsmittel zu unerwünschten Bodenbelastungen führen würden, bisher ausgeschlossen. Nicht nur das Verbrennen, sondern auch das Deponieren der Klärschlämme führt damit zu einer Wertstoffvernichtung.

Die deponierten Klärschlämme werden außerdem häufig zu sanierungsbedürftigen Altlasten, weil bei nicht ausreichender chemischer Stabilität Schadstoffe an den Untergrund abgegeben werden. Eine Einkapselung der Altlast ist erforderlich, um die Emissionspfade zum Grundwasser zu unterbrechen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Entsorgung von Klärschlamm zu schaffen, die eine Aufbereitung des Klärschlamms zu einem lagerfähigen Produkt erlaubt, das bedarfsbezogen unter Nutzung des Wertstoffpotentials im Klärschlamm und unter gleichzeitiger Reduzierung dessen Gefahrenpotentials wiederverwertbar ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine umweltfreundliche und kostengünstige Beseitigung der Klärschlämme zu erreichen.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch wird eine Vorrichtung zur Entsorgung von Klärschlamm geschaffen, die durch eine rein mechanische Vermengung des Klärschlamms mit einem tonhaltigen Rohstoff unter Erhalt des Klärschlamm-Wertstoffpotentials an organischen Substanzen sowie Makro- und Mikronährelementen in natürlicher Form die Herstellung eines Formkörpers erlaubt, dessen Funktion als Nährelementespender zu dienen erst nach Ablauf eines Zeitabschnitts aktivierbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht hierzu das Kombinieren ver-

schiedener Arbeitsvorgänge, so daß (Reaktions)Standzeiten vermieden werden. Eine kompakte sowie wirtschaftlich arbeitende Aufbereitungsvorrichtung ist die Folge.

Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung liegt auch darin, daß die bildsame Masse aus dem Gemenge tonhaltiger Rohstoff/Klärschlamm in wählbar gestaltete Formkörper verarbeitbar ist. So können Blöcke zur Lagerung in Deponien hergestellt werden, die später bei Bedarf zerkleinerbar sind, um beispielsweise einen Streudünger zu bilden.

Zur Herstellung einer bildsamen Masse aus dem Gemenge tonmineralhaltiger Rohstoff/Klärschlamm ist ein Restfeuchtegehalt des tonmineralhaltigen Rohstoffs wünschenswert, um eine gute Ausgangsreaktivität der Tonminerale zu haben. Andererseits ist der Gesamtflüssigkeitsgehalt des Gemenges in bezug auf den Festsubstanzgehalt so einzustellen, daß ein knetbarer Gemengeteig entsteht, der in eine bildsame Masse bringbar ist.

Die Mobilität und das Adsorptionsvermögen der Tonminerale kann dadurch verbessert werden, daß während des Knet- bzw. kombinierten Misch-Knetvorganges das Gemenge nachzerkleinert wird. Diese Bearbeitungsphase zur Erzeugung der bildsamen Masse kann von der Dauer so gewählt werden, daß während der Umwandlung in eine bildsame Masse die Adsorptionsreaktionen in einem gewünschten Umfang stattfinden können.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der beigefügten Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Entsorgung von Klärschlamm näher erläutert.

Die Vorrichtung bzw. Anlage zur Entsorgung von Klärschlamm weist eingangsseitig eine Zerkleinerungsvorrichtung 1 für einen tonmimeralhaltigen Rohstoff auf. Diese Zerkleinerungsvorichtung 1 wird benötigt, wenn

der tonmineralhaltige Rohstoff in Gesteinsform vorliegt oder eine Verkleinerung des maximalen Korns erwünscht ist. Der Rohstoff in Form eines Tonsteins ermöglicht die Einstellung eines breiten Korngrößenbereiches. Die Zerkleinerungsvorrichtung 1 ist als Prallmühle ausgebildet, deren Durchsatz ebenso wie die Zerkleinerungswirkung groß ist.

Als tonmineralhaltiger Rohstoff wird ein Ausgangsrohstoff mit dem Hauptanteil Ton aus einem oder mehreren Zweischicht- oder Dreischichttonmineral/ien eingesetzt, um den Anteil unbildsamer Rohstoffe im Ausgangsrohstoff gering zu halten. Bevorzugt als tonmineralhaltiger Rohstoff ist ein Ton der Kaolingruppe, wie z. B. Kaolinit, Halloysit und Dickit, oder eine Zusammensetzung verschiedener Tone der Kaolingruppe.

Bevorzugt sind zudem Kaolinittone, die zumindest leicht plastisch sind und/oder einen zumindest niedrigen Diagenesegrad aufweisen, damit das Kationenaustauschvermögen aufgrund von Gitterfehlstellen gegenüber diagnetisch nicht verfestigten Tonen erhöht ist. Die Kaolinittone können Nebenbestandteile aufweisen, zu denen hier im allgemeinen geringe Anteile
Glimmer, Illit oder Smectit sowie Anatas, Eisenminerale und Quarz zählen. Falls in dem eingesetzten Kaolinitton nicht vorhanden, kann gegebenenfalls eine Zumischung eines geringfügigen Anteils (<4%) des Eisenminerals Siderit (FeCOo) zum tonmineralhaltigen Rohstoff erfolgen. Eine positive Beeinflussung des Adsorptionsvermögens kann hierdurch möglich sein.

Ein beispielhaft verwendbares Tongestein setzt sich aus den Hauptbestandteilen Koalinit, Halloysit sowie Dickit zusammen und weist als Nebenbestandteile geringe Anteile an Glimmer, Dreischichttonmineral und Eisenkarbonat auf. Die Kationenaustauschkapazität gemäß DIN 19684-T8 liegt bei 14,5mval/100g. Das Wasseraufnahmevermögen liegt bei 39%, und die Fließgrenze gemäß ATTERBERG'scher Konsistenzgrenze (DIN 18122) liegt bei w = 31,7%.

Zur vereinfachten Benennung des vorstehend beschriebenen tonhaltigen

Rohstoffs wird nachfolgend nur von Tonen bzw. Tonstein gesprochen.

Ein zur Mischung mit Klärschlamm vorgesehener Tonstein wird mittels der genannten Zerkleinerungsvorrichtung 1 auf eine wählbare Körnung zerkleinert. Eine Zerkleinerung auf feinere Korngrößenbereiche, z. B. 0,1 - 100 [im, oder mittlere Korngrößenbereiche, z.B. 0,1 um - 1 mm, ist geeignet. Soll das aus dem tonmineralhaltigen Rohstoff herzustellende Verfahrensprodukt eine hohe Stabiltität besitzen, wie dies erfindungsgemäß gewünscht sein kann, wird ein Korngrößenbereich mit einem maximalen Korn unter 40 mm, insbesondere unter 30 mm, gewählt. Die Korngrößenverteilung kann dabei im wesentlichen kontinuierlich sein, wobei zur Förderung der später beschriebenen Bildsamkeit mindestens 20% der wählbaren Körnung im Korngrößenbereich zwischen 0,1 und 250 &mgr;&igr;&eegr; liegen soll. Eine mögliche Korngrößenverteilung in Gew.% (ca. Werte) ist z.B.:

20% <2 um

20% 2 pm - 250 um

20% 250 pm - 2,5 mm

20% 2,5 mm - 10 mm

20% 10 mm - 30 mm.

Der vorzerkleinerte und gegebenenfalls klassierte Ton wird über Fördereinrichtungen 2, 3, 4, beispielsweise Gummibandtransporteure, einer Dosiervorrichtung 5, wie einem Kastenbeschicker, zugeführt. Diese Dosiervorrichtung 5 weist einen oder mehrere Füllkästen für den Ton sowie für Klärschlamm auf. Der Ton soll bis zu dieser Aufbereitungsstation einen Restfeuchtegehalt von 3 bis 10 %, insbesondere 5 bis 8%, besitzen.

Der in die Dosiervorrichtung 5 einbringbare Klärschlamm ist teilentwässert mit einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 15%, insbesondere 20 bis 30%. Der Klärschlamm kann aerob und/oder anaerob stabilisiert sein und ist vorzugsweise ausgefault. Mittels der Dosiervorrichtung 5 werden wählbare Gewichtsmengen an Ton und Klärschlamm zusammengebracht. Der Klärschlamm kann volumenmäßig in einem Mischungsverhälnis von bis zu 4 : 1 mit dem Ton zusammengebracht werden. Standard-Dosierungen liegen zwi-

sehen 2-3:1.

Die dosierten Mengen Ton und Klärschlamm gelangen von der Dosiervorrichtung 5 auf Fördereinrichtungen 6, 7, die die beim Dosiervorgang gegebenenfalls vorgemischten Mengen an Ton und Klärschlamm in eine Mischvorrichtung 8, z. B. einen Doppelmischer, bringen. Dort werden die dosierten Anteile zu einem Gemenge gemischt. Aufgrund des Wasseraufnahmevermögens des Tons wird ein lockeres, krümeliges und pelletartiges Ton-Klärschlammgemenge erhalten. Die Struktur des Ton-Klärschlammgemenges ist steuerbar, da unterschiedliche Wassergehalte im Klärschlamm durch Zugabe von mehr oder weniger großen Anteilen des Grob- und Feinanteils des Tons ausgeglichen werden können.

Dieses krümelige Ton-Klärschlammgemenge kann in einem Vorratsbereich A zwischengelagert werden, wozu teilweise schwenkbare Fördereinrichtungen 9, 10 genutzt werden können.

Die unmittelbare oder spätere Weiterverarbeitung des Ton-Klärschlammgemenges erfolgt in einer Knetvorrichtung 11. In dieser Knetvorrichtung 11 wird das Ton-Klärschlammgemenge in eine bildsame Masse verarbeitet, wobei während dieser Umwandlung auch die Kationenaustauschreaktionen an den Tonmineralien stattfinden, soweit diese während des Vormischens bzw. Mischens noch nicht eingetreten sind. Der Knetvorgang homogenisiert hierzu das Ton-Klärschlammgemenge und mobilisiert die Tonminerale, damit diese dem Klärschlamm die Flüssigkeit entziehen. Die beiden Aufbereitungsschritte - Bildsamkeit der Masse und gegebenenfalls Bindung der Schadstoffe an die Tonmineralien - können folglich beim Kneten ausgeführt werden. Die Adsorption der Schadstoffe durch diagenetisch verfestigten Kaolinitton erfolgt relativ schnell, so daß Knetzeiten von weniger als 30 Minuten realisierbar sind. Optimiert wird der Knetvorgang dadurch, daß zusammen mit dem Kneten nachzerkleinert wird. Als Knetvorrichtung 11 wird deshalb z. B. ein Siebbrechmischer eingesetzt.

Diese Nachzerkleinerung bzw. Feinverreibung wirkt auf den Klärschlamm,

der in kleinste Partikel überführt wird und damit eine maximale Reaktionsoberfläche für die Adsorptionsvorgänge besitzt. Ballige Klärschlammreste, die später leicht erodierbar wären, werden vermieden.

Mittels weiterer Fördereinrichtungen 12, 13, kann die bildsame Ton-Klärschlammgemenge-Masse zu einem Vorratsbereich B gebracht werden.

Eine Weiterverarbeitung der bildsamen Masse erfolgt in einer Presse 15, die aus der bildsamen Masse Formkörper beliebiger Gestalt preßt. Dazu wird die bildsame Masse unter Vakuum entlüftet, damit im wesentlichen gasfreie Formkörper hergestellt werden. Die Presse 15 ist als Vakuumpresse ausgebildet. Der Vorgang des Entlüftens kann auch an den Knetvorgang angehängt werden. Gleiches gilt für das Pressen bzw. Extrudieren der Formkörper.

Zur Erhöhung der Durchsatzmenge der Anlage kann ein entsprechend aufgebauter zweiter Anlagen-Aufbereitungsarm mit Dosiervorrichtung 19, Mischer 21 und Knetvorrichtung 23 sowie dazwischen laufenden Fördereinrichtungen 19, 20, 22, 24 hinter der Zerkleinerungsvorrichtung 1 abzweigen.

Das anhand der Anlage beschriebene Verfahren zur Entsorgung von Klärschlamm läßt sich wie folgt zusammenfassen:

Ein tonmineralhaltiger Rohstoff wählbarer Körnung wird mit einem teilentwässerten Klärschlamm gemischt und zu einer bildsamen Ton-Klärschlammgemenge-Masse verarbeitet. Der Versatzanteil des Klärschlamms hängt einerseits von seinem Flüssigkeitsgehalt ab, der über eine Anpassung des Fein- und Grobkornanteils ausgleichbar ist, aber auch genügend Flüssigkeit für die Umformung in eine bildsame Masse bereitstellen muß, und andererseits von seiner Trockensubstanzmenge, die als unbildsamer Anteil nach Art eines Magerungsmittel die Bildsamkeit der Ton-Klärschlammgemenge-Masse nicht wesentlich stören darf.

Während der Aufbereitungsvorgänge Mischen und Kneten des Ton-Klär-

Schlammgemenges zu einer bildsamen Masse erfolgt die Bindung der Schadstoffe an die Tonminerale. Beim Kneten wird vorzugsweise nachzerkleinert, um die Mobilisierung der Tonminerale, die Feinstzerkleinerung des Klärschlamms und die Homogenisierung des Gemenges zu verbessern. Gleichzeitig wird der Flüssigkeitsgehalt des Klärschlamms zur Erzeugung der Bildsamkeit genutzt, so daß die sonst notwendige Zugabe von Flüssigkeit, um aus einem Ton einen knetbaren Teig zu machen, entfallen kann.

Unter Vakuum wird die bildsame Masse entlüftet und zu Formkörpern gepreßt, beispielsweise durch Strangziehen.

Dieses Verfahren ermöglicht den Einsatz von Zweischichttonmineralien, insbesondere Kaolinittonen, die wegen ihrer mangelnden Adsorptionskapazität für eine wirksame Bindung von Schadstoffen bisher als ungeeignet angesehen wurden. Erfindungsgemäß werden diagenetisch verfestigte Zweischichttonminerale bevorzugt. Es ist aber auch möglich, nicht diagentisch geprägte Zweischichttonminerale als Ausgangsrohstoff zu verwenden, sofern ihre Adsorptionskapazität durch Einstellung der Plastizität vor Zugabe des Klärschlamms erhöht worden ist.

Desweiteren können dem Gemengeversatz aus Ton und Klärschlamm bekannte Zuschlagstoffe beigemengt werden, um die technischen Eigenschaften des Formkörpers zu optimieren, z.B. um die mechanische Stabilität zu erhöhen, die Abriebfestigkeit zu verbessern etc.

Die sich als Verfahrensprodukt ergebenden Formkörper können mit einer fluidabweisenden Isolierschicht versehen werden, um den Feuchtegehalt zu erhalten.

Die Formkörper können durch teilweisen oder vollständigen Wasserentzug getrocknet werden und als Nährstoff beladene Nutzsteine im Landschaftsbau und/oder als erodierbare Bodenkörper wählbarer Form Verwendung finden.

Claims (4)

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Entsorgung von Klärschlamm, umfassend einen Zerkleinerer (1) zur eingangsseitigen Aufbereitung eines tonmineralhaltigen Rohstoffs, eine Dosiervorrichtung (5) mit Füllkästen für den zerkleinerten tonmineralhaltigen Rohstoff und Füllkästen für teilentwässerten, stabilisierten Klärschlamm, einen Mischer zum Mischen dosierter Mengen an tonmineralhaltigem Rohstoff und Klärschlamm, eine Misch-Zerkleinerungs-Vorrichtung (11) für ein kombiniertes Kneten und Zerkleinern des vorgemischten Rohstoff-Klärschlamm-Gemenges zu einer bildsamen Masse, die gleichzeitig als Vorrichtung für Kationenaustauschreaktionen an den Tonmineralien dient, und einer Vakuumpresse zum Gestalten von Formkörpern aus dem bildsamen Gemenge.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Misch-Zerkleinerungs-Vorrichtung (11) ein Siebbrechmischer vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Siebvorrichtung für den tonmineralhaltigen Rohstoff der Dosiervorrichtung (5) vorgeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Bewegung der Materialien zu den verschiedenen Bearbeitungsvorrichtungen (5, 8, 11, 15) Fördereinrichtungen (2, 3, 4, 6, 7, 10, 14) vorgesehen sind.