DK158781B - Apparat til kemisk konditionering af slam og anvendelse af apparatet - Google Patents

Description

O

1 DK 158781B

Mængden af den i filtreringsanlæg fremkomne råslam viser stigende tendens. Slammet stammer for størstedelens vedkommende fra kommunalt og industrielt spildevand.

Gængs råslam er stærkt vandholdigt, dets tørstofindhold 5 ligger gennemsnitligt ved 2 til 10 vægtprocent, oftest ved 4 til 6 vægtprocent. Derfor må der før dets bortskaffelse ske en afvanding.

Den hidtil gængse naturlige slamafvanding ved oplagring på tørrebeder, lagerpladser og lignende med store flader fortræn-10 ges i udstrakt grad af den maskinelle slamafvanding, hvorved fortrinsvis statiske fremgangsmåder, såsom filtrering med filterpresser, der leverer høje tørstofindhold og faststoffattige filtrater, eller med båndpresser eller drejefiltre, men også dynamiske fremgangsmåder, såsom vandfraskillelse ved cen-15 trifugalkraft i skilleslynger (dekanteringscentrifuger) eller hydrocycIoner, kommer til anvendelse.

Slam er alt efter oprindelsen særdeles forskelligt sammensat, og dets fysisk-kemiske struktur'spænder fra heterogene kolloidale til grovdisperse systemer.

2o Alt efter arten og andelen af primærslam (for-klarings slam) og sekundærslam (overskudsslam fra genoptagelse) samt graden af den anaerobe eller aerobe stabilisering og indholdet af industrislam varierer sammensætningen og vandbindingsevnen og dermed også mængdeandelen af mellemrums-, adhæsions-, 25 kapillar- og indre vand i slammet.

Den maskinelle slamafvanding er derfor et centralt trin i fremgangsmåder til slambehandling. Målet er en så vidtgående afvanding som muligt, for at det slamvolumen, der skal forarbejdes, kan forringes, konsistensen kan forbedres, 30 og der kan spares energiomkostninger ved slamforbrændingen eller transport- og deponeringsomkostninger ved lagringen.

Sædvanligvis tilstræbes der ved en så kort pressetid for slammet som muligt en berigelse af tørstofindholdet fra ca. 5 vægtprocent til ca. 35 til ca. 50 vægtprocent.

35 o

2 DK 158781 B

Til afvandingen er det nødvendigt at "konditionere" slammet, dvs. at underkaste det en termisk eller kemisk behandling, hvorved den kolloidale tilstand brydes, der indtræder en udflokkulering, og slamsuspensionen omdannes til en filtrer-5 bar tilstand. Uden forudgående konditionering er det ikke muligt at afvande det i klaringsanlæg fremkomne slam yderligere.

De optimale konditioneringsbetingelser kan hver gang fastlægges ved forsøg og vælges således, at der ved den efterfølgende slamafvanding, f.eks. med en filterpresse, opstår 10 en prøvet, ensartet, gennemfugtet filterkage med et tørstofindhold på mindst 35 vægtprocent, der efter så kort pressetid som mulig let kan fjernes fra hulrummene mellem filterpladerne i pressen.

I praksis gængse konditioneringsanlæg til slam består 15 for det meste af en blandingsbeholder med indvendigt volumen 3 fra 1 til 5 m , som er forsynet med omrøring og tilsvarende tilledninger for tilsætningsstofferne.

Som konditioneringsmiddel til slam anvendes der for det meste uorganiske flokkuleringsmidler (undertiden også betegnet 20 "fældningsmiddel"), såsom chlorider og sulfater af aluminium og jern, der i praksis til stadighed anvendes i kombination med et neutralisationsmiddel (fortrinsvis kalkhydrat).

Sædvanligvis sættes først flokkuleringsmidlet og derpå neutralisationsmidlet til slammet. Der kan eventuelt yderligere 25 tilføjes højmolekylære, organiske flokkuleringshjælpemidler, såsom polyacrylamider. Det antages, at først brydes slammets kolloidale tilstand ved tilsætningen af det uorganiske flokku-leringsmiddel, og at en primærflokkulering sætter ind. Det derpå som suspension tilsatte kalkhydrat forhøjer derpå 30 pH-værdien i slammet, bevirker en forstørrelse af flokkulaterne og tjener senere som støtteskelet i filterkagen.

Ved anvendelse af jern(III)-chloridsulfat (FeClSO^), der er særdeles virksomt som flokkuleringsmiddel i spildevandsrensningen og vandbearbejdningen, kan der ved konditio-35 neringen af mange slags slam optræde tekniske vanskeligheder, således at der ved den efterfølgende trykfiltrering, f.eks. i

O

3 DK 158781 B

en kammerfilterpresse, fås for bløde filterpressekager, dvs. kager med for lavt tørstofindhold, hvis videre håndtering er vanskelig, jfr. H.G. Klostermann: Berichte der Abwasser-technischen Vereinigung e.V. (1979), nr. 31, side 173-180.

5 Det har vist sig, at de i slamafvandingsanlæg hidtil gængse éttrins-konditioneringsapparater til anvendelsen af jern(Ill)-chloridsulfat for det meste ikke er egnede, formentlig af den grund, at vægtfylde og viskositet for den handelsgængse, koncentrerede, vandige opløsning af FeClSO^ er 10 så forskellige fra slammets vægtfylde og viskositet, at sammenblandingen sker relativt langsomt. Således er alt efter apparatets opbygning slam og jern(III)-chloridsulfat-opløsning endnu ikke blandet kvantitativt med hinanden, når tilsætningen af neutralisationsmidlet sker. Hyppigt opnås der heller 15 ikke nogen tilfredsstillende gennemblanding, når jern(III)- -chloridsulfat-opløsningen allerede er ført ind i råslam-led-ningen inden dettes tilførsel til mixeren. Hertil kommer, at ved de i konventionelle anlæg oftest forekommende omrørere generes den efterfølgende vækst af flokkulaterne.

20 Formålet med den foreliggende opfindelse er udvikling af et apparat til den kemiske konditionering af slam, især til anvendelsen af jern(III)-chloridsulfat som flokkulerings-middel.

• Apparatet ifølge opfindelsen består af to efter hinan-25 den anbragte cylindriske beholdere, hvis øvre dele er forbundet med hinanden via et tangentialt til deres cylinderflader anbragt, med et med en adskillelig forbindelse forsynet overløbsrør idet der over bunden i den første beholder tangentialt til dens cylinderflade er anbragt et indløbsrør -il slammet, og tan-2q gentialt på dette indløbsrør er anbragt et tilledningsrør til en opløsning eller suspension af et flokkuleringsmiddel, hvor der i overløbsrøret mellem beholderne udmunder yderligere to rør tangentialt, hvorigennem der kan tilledes en opløsning eller suspension af et neutralisationsmiddel og/eller 25 en opløsning eller suspension af et flokkuleringshjælpemiddel, og over bunden i den anden beholder tangentialt på dennes cy- o

4 DK 158781B

linderflade er anbragt et udløbsrør for det konditionerede slam.

De indvendige volumina af beholderne er i almindelighed indrettet efter slampumpens ydeevne og efter mængden af tilsæt-5 ningsstoffer. Det indvendige volumen for den anden beholder er fortrinsvis større end det indvendige volumen for den første, fordi væskestrømmen i den anden beholder er større end strømmen i den første beholder. Således kan f.eks. det indvendige volumen af den første beholder være 20 liter og af den anden beholder 10 28 liter og forholdet mellem den indvendige højde og den ind vendige diameter for de to beholdere udgøre fra 1,4 til 2rl.

I en fordelagtig udformning af apparatet kan tilledningsrørene for opløsningen eller suspensionen af flokkulerings-middel, neutralisationsmiddel og/eller flokkuleringshjælpe-15 middel være udstyret med rørindsatser med forskellig diameter. Derved er det muligt ved forskellig slamgennemstrømning praktisk talt at holde strømningshastigheden for de foreliggende tilsætningskomponenter konstant. Apparatet kan suppleres, f.eks. ved medtagning af udstyr til styring af pH-værdien.

20 Apparatet ifølge opfindelsen (konditioneringsmixer) er i figur 1 og 2 på tegningen vist fra siden og ovenfra.

Gennem det over bunden i beholderen A tangentialt på dens cylinderflade anbragte indløbsrør 1 føres slammet, der skal konditioneres, ind i den underste del af beholderen A.

25 Tangentialt på indløbsrøret 1 er der anbragt et tilledningsrør 2, hvorigennem der til slammet ledes en opløsning eller suspension af et flokkuleringsmiddel. De to væskestrømme bevæger sig under intensiv sammenblanding spiralformigt opad i beholderen A. I det de øvre dele af beholderne A og B tan-30 gentialt forbindende overløbsrør 3 udmunder på deres side tangentialt tiHedningsrørene 4 og 5, hvorigennem en opløsning eller suspension af et neutralisationsmiddel og/eller en opløsning eller suspension af et flokkuleringshjælpemiddel kan blandes i slammet, inden dette gennem det med en adskillelig 35 forbindelse, f.eks. en flangeforbindelse 6, forsynede overløbsrør 3 løber tangentialt ind i beholderen B, hvori det under o

5 DK 158781B

yderligere intensiv sammenblanding af bestanddelene bevæger sig spiralformigt nedad og gennem udløbsrøret 7 som nu homogent, konditioneret slam forlader beholderen B.

Sædvanligvis føres som beskrevet flokkuleringsmidlet 5 til slammet gennem tilledningsrøret 2 og neutralisationsmidlet gennem rør 4 eller 5? der kan imidlertid også omvendt føres neutralisationsmiddel gennem røret 2 og flokkuleringsmiddel gennem rør 4 eller 5.

Apparatet ifølge opfindelsen er i forhold til de kon-]_0 ventionelle apparater væsentligt mindre, enklere og mere mate-rialebesparende at fremstille og kræver ingen omrøring. Det kan let transporteres og monteres.

Apparatet ifølge opfindelsen kan anvendes universelt til konditioneringen af praktisk talt alt slags slam med vilkårlige 1_5 flokkuleringsmidler. Det forbedrer især økonomien i den samle de slamforarbejdning, idet med dette apparat konditioneret slam umiddelbart kan overføres til filterpressen og allerede efter kort pressetid giver filterkager med højt tørstofindhold.

Det er særligt egnet til anvendelse af jern(III)-chlo-20 ridsulfat som flokkuleringsmiddel. Dette kan anvendes som en vandig opløsning, hvis koncentration udgør 30 til 45 vægtprocent FeClSO^. Alt efter slammets art kan det være fordelagtigt at fortynde jern(III)-chloridsulfat-opløsningen, inden den sættes til slammet, med vand til en koncentration på 25 10 til 35vægtprocent, fortrinsvis 20 til 30 vægtprocent

FeClSO^, hvilket f.eks. kan ske kontinuerligt i en forblander. Derved formindskes forskellen i vægtfylde og viskositet mellem jern(III)-chloridsulfat-opløsningen og slammet, og sammenblandingen fremskyndes. Efter tilsætningen af flokkuleringsmidlet 3q sættes der til slammet kalkhydrat som neutralisationsmiddel, f.eks. som en suspension, hvis koncentration udgør 7 til 15 vægtprocent, fortrinsvis 10 vægtprocent CaiOH^* og pH-vær-dien indstilles på 10 til 12,5, således at der kan dannes mak ro f1okkulater.

35 Det er væsentligt, at tilblandingen af jern(III)-chlorid- sulfatet og kalkhydratet i slammet sker intensivt og med den kortest mulige opholdstid i blandingsapparatet, uden at der

O

6 DK 158781 B

anvendes hjælpemidler, f.eks. omrører, der ved væsentligt længere mekaniske krav hæmmer flokkulatvæksten. Dette opnås ved den tangentielle tilledning af alle komponenter til blandings apparatet, hvorved der opstår spiralformige strømninger, 5 der letter den hurtige sammenblanding.

Slammets middelopholdstid, beregnet fra indløbet i beholderen A til udløbet fra beholderen B, skal udgøre 4 til 10 s, fortrinsvis 6 til 8 s. Ved en pumpeydelse på 20 m råslam/time 3 og en dosering på 3,8 m /time af en 10 vægtprocents kalkhydrat-10 -suspension ligger opholdstiden f.eks. ved 7,8 s, hvorved slammet allerede ved udgangen fra beholderen A, dvs. efter 3,6 s, er intensivt sammenblandet med flokkuleringsmidlet. ,

For at konditioneringen kan gøres optimal, er det nødvendigt, at strømningshastigheden for opløsningen eller 15 suspensionen af flokkuleringsmidlet ved indløbet i slammet og strømningshastigheden for slammet i indløbsrøret til beholderen A, i overløbsrøret mellem beholderne A og B og i udløbsrøret fra beholderen B samt i selve beholderne A og B ligger indenfor bestemte områder. Således skal strømningshas-20 tigheden for jern(III)-chloridsulfat-opløsningen ved indløbet i slammet udgøre 1 til 10 m/s, fortrinsvis 2 til 5 m/s. Strømningshastigheden for slammet skal i indløbsrøret til den første beholder A, i overløbsrøret mellem de to beholdere A og B og i udløbsrøret fra den anden beholder B ligge mellem 1 25 og 3 m/s, fortrinsvis ved 1,3 til 2,5 m/s. Især skal strømningshastigheden for slammet i beholderne A og B, beregnet på deres indvendige tværsnit, være mindre end 0,3 m/s og fortrinsvis ligge mellem 0,08 og 0,2 m/s.

Overskrides værdien på 0,3 m/s, optræder der for høje 30 overrivningskræfter, hvorved væksten af flokkulaterne generes, og der opstår vanskeligt filtrerbart slam. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen muliggør viderebehandlingen af det konditionerede slam umiddelbart efter, at dette har forladt blandingsapparatet, f.eks. i en kammerfilterpresse. Ved den 35 glatte arbejdsgang undgås den dannelse af udskillelser, f.eks. gips, der lejlighedsvis optræder ved anvendelsen af sulfat- 7

DK 158781 E

O

holdige flokkuleringsmidler i konyentionelle mixere, og som som følge af tilstopning af filterdugen kan føjre til forstyrrelser i presseprocessen.

Anvendelsen af apparatet ifølge opfindelsen til konditio-5 nering af slam giver ved anvendelse af jern(III)-chloridsulfat i forhold til konditionering i en konventionel mixer, det være sig med jern(III)-chlorid eller jern(III)-chloridsulfat som flokkuleringsmiddel, følgende fordele:

Ringere specifikt forbrug af jernsalt, beregnet som

O

10 Fe, og ringere forbrug af Ca(OH)2, begge dele beregnet pr. m slam, væsentlig ringere opholdstid i blandingsapparatet, ringere pressetid i filterpressen og højere tørstofindhold i filterkagen .

Opfindelsen illustreres nærmere ved de følgende eksempler. 15

Eksempel 1

Et råslam (forrådnet klaringsslam med 20% sekundærslamandel) , hvis tørstofindhold udgør 4,4 vægtprocent, pumpes ved 20 hjælp af en slamtransportpumpe i en strøm på 25,0 m /time gennem indløbsrøret 1 ind i beholderen A, hvis indvendige volumen udgør 20 liter. Til slamstrømmen ledes der gennem tilledningsrøret 2, hvis udgangsåbning er indsnævret til en indre diameter på 6 mm, 229 liter/time af en vandig opløsning af jern(III)-25 -chloridsulfat, hvis koncentration udgør 21,1 vægtprocent FeClSO^ (256 g FeClSO^/liter), svarende til en dosering på 9,16 liter FeClSO^-oplØsning (21,1 vægtprocent's) pr. m3 slam.

Det specifikke forbrug af FeCISO,, udtrykt som Fe, kan deraf 3 ^

beregnes til 0,70 kg Fe/m slam. Efter passagen af beholderen A

30 tilføjes denne blanding i overløbsrøret 3 gennem tillednings- røret 4 3,7 m /time af en vandig suspension af kalkhydrat, hvis koncentration udgør 10 vægtprocent Ca(OH)-. Forbruget Δ 3 af kalkhydrat, udtrykt som Ca(OH)2, udgør 14,8 kg/m slam, og pH-værdien af de:t konditionerede slam er 12,2. De.t konditione-35 rede slam passerer nu beholderen B, hvis indvendige volumen er 28 liter, og forlader denne gennem udløbsrøret 7 efter en opholdstid i blandingsapparatet på i alt 6,3 s.

O

8 DK 158781B

Ved den efterfølgende sammenpresning i en kammerfilter-presse fås der efter pressetider på 55 minutter (flere forsøg) faste, let bortskaffede pressekager med tørstofindhold på 39 til 43 vægtprocent, der lader sig håndtere, dvs. stable, transpor-5 tere og deponere, upåklageligt. Strømningshastigheden for jern(III)-chloridsulfat-opløsningen ved indløbet til slammet udgør 2,2 m/s, og strømningshastigheden for slammet i indløbsrøret til beholderen A udgør 1,4 m/s og i overløbsrøret mellem beholderne A og B (efter tilsætning af kalkhydratsuspensio-10 nen) samt i udløbsrøret fra beholderen B 1,6 m/s. Strømningshastigheden for slammet udgør i beholderen A 0,14 m/s og i beholderen B 0,11 m/s, hver gang beregnet på det indvendige tværsnit af beholderne.

15 Eksempel 2 (sammenligningseksempel med konventionelle konditioner ingsmixere ) I en konventionel konditioneringsmixer med en omrørings- 3 beholder med 4 m 's indhold behandles råslam med den samme 3 20 sammensætning som i eksempel 1 ved en pumpeydelse på 17 m slam/time med 245 liter/time af en jern(III)-chloridsulfat-op-løsning, hvis koncentration udgør 26,2 vægtprocent FeClS04 (336 g FeCISO.), svarende til en dosering på 14,4 liter ^ 3

FeClSO^-opløsning (26,2 vægtprocent's) pr. m slam . Det 25 specifikke forbrug af FeCISO., udtrykt som Fe, beregnes deraf 3 41 til 1,44 kg Fe/m slam. Der ledes til slammet desuden en vandig suspension af kalkhydrat, hvis koncentration udgør 10 vægt-procent CafOH^/ i en mængde på 3,7 m /time, svarende til en tilsætning af 21,8 kg Ca (OH) slam, 500 mm nede ad strøm-30 men fra tilsætningsstedet for FeClSO^-opløsningen. pH-værdien i det konditionerede slam er derefter 12,3, og slammets opholdstid i det konventionelle blandingsapparat under konditioneringen udgør 11,5 minutter.

Efter pressetider på 90 til 120 minutter (flere forsøg) 35 fås der préssekager med ringere fasthed end i eksempel 1, der delvis klæber til filterdugen, og hvis tørstofindhold kun

9 DK 158781B

O

ligger på 33 vægtprocent, og som er svært håndterlige.

Eksempel 3 (sammenligningseksempel med jern(III)-chlorid-opløs-ning) 5 I det konventionelle apparat ifølge eksempel 2 behandles råslam med den samme sammensætning som i eksempel 1 og 2 ved en pumpeydelse på 18 m slam/time med 90 liter/time af en jern(III)-chlorid-opløsning, hvis koncentration er 40,5 vægt-10 procent FeClg (580 g FeCl^/liter), svarende til en dosering på 5,0 liter Fed^-opløsning (40,5 vægtprocent1 s) pr. m3 slam. Det specifikke forbrug af FeCl_, udtrykt som Fe, kan deraf

3 J

beregnes til 1,0 kg/m slam.

Der ledes desuden til slammet en vandig suspension af 15 kalkhydrat, hvis koncentration er 10 vægtprocent Ca(OH)~, 3 Δ i en mængde på 3,7 m /time, svarende til en tilsætning af 3 20,6 kg CafOH^/m slam, 500 mm nede ad strømmen fra tilsætningsstedet for FeClg-opløsningen. pH-værdien i det konditionerede slam er derefter 12,3, og slammets opholdstid i det 20 konventionelle blandingsapparat under konditioneringen udgør 11,0 minutter.

Efter pressetider på 90 minutter (flere forsøg) fås der faste, let bortskaffede og håndterlige pressekager med tørstofindhold på 35 til 40 vægtprocent.

25 30 35

Claims (10)

10 DK 158781 B Patentkrav.

1. Apparat til kemisk konditionering af slam, kendetegnet ved, at det består af to efter hinanden 5 anbragte cylindriske beholdere (A) og (B), hvis øvre dele er forbundet med hinanden via et tangentialt på deres cylinderflader anbragt, med et med en adskillelig forbindelse (6) forsynet overløbsrør (3), idet der over bunden i den første beholder (A) tangentialt på dens cylinderflade er anbragt et indløbsrør (1) 10 til slammet, og tangentialt på dette indløbsrør er anbragt et tilledningsrør (2) til en opløsning eller suspension af et flokkuleringsmiddel, hvor der i overløbsrøret mellem beholderne (A) og (B) udmunder yderligere to rør (4) og (5) tangentialt, hvorigennem der kan tilledes en opløsning eller suspension 15 af et neutralisationsmiddel og/eller en opløsning eller suspension af et flokkuleringshjælpemiddel, og over bunden i den anden beholder (B) tangentialt på dens cylinderflade er anbragt et udløbsrør (7) til den konditionerede slam.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, 2o at det indvendige volumen for den anden beholder (B) er større end det indvendige volumen for den første beholder (A).

3. Apparat ifølge krav 1 og 2, kendetegnet ved, at tilledningsrørene til opløsningen eller suspensionen af flokkuleringsmiddel, neutralisationsmiddel og/eller flok- 25 kuleringshjælpemiddel kan være forsynede med rørindsatser med forskelligt tværsnit.

4. Anvendelse af apparatet til konditionering af slam ifølge krav 1 til 3, kendetegnet ved, at der som flokkuleringsmiddel anvendes jern(III)-chloridsulfat. 3q 5. Anvendelse af apparatet ifølge krav 4, kende tegnet ved, at jern(III)-chloridsulfat anvendes som en vandig opløsning, hvis koncentration før indløbet i slammet indstilles på 10 til 35 vægtprocent, fortrinsvis på 20 til 30 vægtprocent. 35

11 DK 158781 B O

6. Anvendelse af apparatet ifølge krav 4 og 5, kendetegnet ved, at slammet efter tilsætningen af jern(III)-chloridsulfat-opløsningen indstilles på en pH-værdi på fra 10 til 12,5. 5. o Anvendelse af apparatet ifølge krav 4 til 6, ken detegnet ved, at slammets middelopholdstid, beregnet fra indløbet i den første beholder (A) til udløbet fra den anden beholder (B), udgør 4 til 10 s, fortrinsvis 6 til 8 s.

8. Anvendelse af apparatet ifølge krav 4 til 7, 10 kendetegnet ved, at strømningshastigheden for jern(III)-chloridsulfat-opløsningen ved indløbet i slammet udgør 1 til 10 m/s, fortrinsvis 2 til 5 m/s.

9. Anvendelse af apparatet ifølge krav 4 til 8, kendetegnet ved, at strømningshastigheden for slammet i 15 indløbsrøret til den første beholder (A), i overløbsrøret mellem de to beholdere (A) og (B) og i udløbsrøret fra den anden beholder (B) udgør 1 til 3 m/s, fortrinsvis 1,3 til 2,5 m/s.

10. Anvendelse af apparatet ifølge krav 4 til 9, k e n -20 detegnet ved, at strømningshastigheden for slammet i de to beholdere (A) og (B), beregnet på deres indvendige tværsnit, er mindre end 0,3 m/s og fortrinsvis udgør 0,08 til 0,2 m/s. 25 30 35