EP0000195B1 - Verfahren zur Behandlung von Schlämmen oder Aschen, insbesondere von Klärschlamm oder Klärschlammaschen - Google Patents
Verfahren zur Behandlung von Schlämmen oder Aschen, insbesondere von Klärschlamm oder Klärschlammaschen Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a method for digesting sludge or ashes, in particular sewage sludge or sewage sludge ash with a proportion of undigested mineral fertilizer components, in particular insoluble phosphate compounds, for fertilizing purposes.
- sewage treatment plants industrial or municipal wastewater is usually passed through a sand trap, which largely separates coarse particles, sand, quartz and SiO z- containing substances.
- the wastewater is treated further using the activated sludge process and then contains only small amounts of Si0 2 .
- the end product is a digested sewage sludge, which is usually either burned, thickened, or composted with household waste.
- the object of the invention is to develop a method which makes it possible to digest the insoluble phosphate salts present in sewage sludge or sewage sludge ash and thereby to produce high-quality fertilizers from the products mentioned.
- the plant-available CaNaP0 4 when using Na 2 C0 3 as a disintegrant the plant-available CaNaP0 4 can be obtained from the poorly plant-available iron, calcium and aluminum phosphates.
- magnesium salts the readily plant-available Mg 3 (PO 4 ) 2 is formed
- CaO calcium silicophosphates, which are readily available to plants, are formed, since the sewage sludge or its ashes can contain residual amounts of fine-grained Si0 2 .
- the amount of disintegrating agents to be added varies greatly depending on the composition of the sewage sludge or sewage sludge ash and is generally between 5 and 40%, based on the total amount of the mixture, as the examples given later show.
- both sewage sludge and sewage sludge ash can be fed to the high-temperature treatment in the presence of the additives Na 2 CO 3 , CaO, Ca (OH) 2 , MgO and / or MgSO 4 .
- sewage sludge ash is to be understood as meaning both the solid residue which arises during sewage sludge incineration and during sewage sludge gasification to produce a fuel gas.
- the treatment of the sewage sludge ash can take place in the melt, preferably in a so-called melting chamber furnace, the mass transfer in the melt being higher than in the solid phase, which leads to a shortening of the reaction times.
- the high-temperature treatment of the sewage sludge or sewage sludge ash can also be carried out in other ovens, for example in rotary drum ovens, rotary tube ovens, muffle ovens or fluidized bed ovens.
- a further embodiment of the method consists in briquetting the sewage sludge ash to be treated with admixture of disintegrating agents and mixing the briquettes with hot iron slag for high-temperature treatment.
- the hot slag serves as a source of heat for the chemical reaction in the briquette between mud ash and, for example, soda.
- the heat content of the slag is transferred to the briquettes, so that the supply of external heat can advantageously be dispensed with.
- up to 0.7-0.8 t ash briquettes can be brought to a temperature of around 800 ° C with 1 t slag.
- the cooled product is then ground.
- a mixture of 80 parts ash and 20 parts soda is formed into briquettes and embedded in a ratio of 25% briquettes + 75% LD slag in hot LD slag and stored for 2 hours.
- the result is a digested briquette mixture with a content of 19.1% P 2 O 5 at 100% relative Solubility in citric acid.
- the joint grinding of LD slag and high-temperature treated briquettes gave a content of 9.2% P 2 0, with a relative solubility of 78%.
- the LD slag alone showed a content of 3.7% P 2 0 5 with a relative solubility of only 46%.
- Table 1 shows an example of the success of the method according to the invention in the result of two vegetation tests. This shows that a sewage sludge ash digested with soda has the same plant effectiveness as the standard fertilizer Thomas phosphate.
- the figure shows an example of a schematically illustrated plant for carrying out the digestion process according to the invention.
- Sewage sludge of any origin which contains mineral fertilizer components not available for plants, such as iron, aluminum and calcium phosphates
- a mixing system 2 with suitable disintegrating agents, such as Na Z C0 3 or MgO, which are fed to the mixing container via a line 3 and a metering device 4, are mixed.
- suitable disintegrating agents such as Na Z C0 3 or MgO
- the mixture of sewage sludge and disintegrant is then conveyed into a fluidized bed furnace 6 by means of a screw conveyor 5 and burned there at a temperature of about 900 ° C.
- the combustion air is fed to the fluidized bed furnace 6 via a line 7 and a preheater 8 and the required fuel, for example gas or oil, via a line 9.
- the reaction products occurring in the fluidized bed furnace 6, such as exhaust gas, sand and ash, are drawn off via a line 10, cooled in a heat exchanger 11 or by admixing air and then subjected to a rough separation in a cyclone separator 12.
- the solids separated in this process essentially sand and ash, are discharged from the cyclone separator 12 via a line 13, while the still slightly contaminated exhaust gas is fed via a line 14 to a filter 15 and is subjected to a fine cleaning therein.
- the cleaned exhaust gas leaves the filter 15 via a line 16, while the fine ash separated in the filter 15 is drawn off via a line 17.
- the ashes accumulating in the cyclone separator 12 and in the filter 15 can be reused as high-quality fertilizers after appropriate grinding.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschließen von Schlämmen oder Aschen, insbesondere von Klärschlämmen oder Klärschlammaschen mit einem Anteil an nicht aufgeschlossenen mineralischen Düngemittelkomponenten, insbesondere an unlöslichen Phosphatverbindungen, für Düngezwecke.
- Industrielle oder kommunale Abwässer werden in Kläranlagen üblicherweise durch einen Sandfang geleitet, welcher grobe Teile, Sand, Quarz und SiOz-enthaltende Substanzen weitgehend abscheidet. Die Abwässer werden nach dem Belebtschlammverfahren weiterbehandelt und enthalten dann nur noch geringe Mengen von Si02. Es fällt als Endprodukt ein ausgefaulter Klärschlamm an, der in der Regel entweder verbrannt, eingedickt oder zusammen mit Hausmüll kompostiert wird. Die Wirksamkeit dieser Klärschlämme oder Klärschlammaschen für Düngezwecke wird dadurch beeinträchtigt, daß die in ihnen enthaltenen mineralischen Düngemittelkomponenten, insbesondere die durch Fällungsmittel ausgefällten Phosphatverbindungen, wie Eisen-, Aluminium- oder Kalziumphosphate, aufgrund ihrer Unlöslichkeit für die Pflanzen als Düngemittel nicht voll verfügbar sind, d.h. die Pflanzenwurzeln sind nur unvollkommen in der Lage, diese nicht aufgeschlossenen Phosphatsalze aufzunehmen.
- Aus der FR - A - 2 237 127 ist es bekannt, aus Flüssen, Häfen und Sedimentationsteichen gewonnenen, hauptsächlich aus Si02 bestehenden Schlamm zu trocknen, das getrocknete Schlammpulver zwecks Schmelzpunkterniedrigung mit einem Natriumsalz oder Kalksalz zu mischen, die Mischung auf 1 200°C oder darüber zu erhitzen und die geschmolzene Masse in Wasser zu einem nichtstaubenden, glasartigen, wasserunlöslichen Granulat erstarren zu lassen. Dieses bekannte Verfahren wandelt Schlämme durch Zumischung der genannten Zuschlagstoffe vor einem Schmelzprozeß in eine wasser- und säureunlösliche Glas- oder Wasserglasmasse um, die sich in Granulat- oder Blockform für den Straßenbau, nicht aber für Düngezwecke eignet.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches es ermöglicht, die in Klärschlämmen oder Klärschlammaschen vorhandenen unlöslichen Phosphatsalze aufzuschließen und dadurch aus den genannten Produkten hochwertige Düngemittel zu erzeugen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schlämme oder Aschen, insbesondere die Klärschlämme oder Klärschlammaschen, in Gegenwart einer oder mehrerer der Verbindungen Na2C03, CaO, Ca(OH)2, MgO und/oder MgS04 einer Hochtemperaturbehandlung bis zu 1 200°C unterzogen werden, wobei die schwerlöslichen Phosphate in gut wasser- und/oder zitronensäurelösliche (= pflanzenverfügbare) Phosphatverbindungen umgewandelt werden.
- Durch die erfindungsgemäße Behandlung des Klärschlammes oder der Klärschlammasche mit einer Verbindung der vorgenannten Art, welche mit den für die Pflanzenwurzeln night verfügbaren Düngemittelkomponenten im Zuge einer Hochtemperaturbehandlung chemisch derart reagiert, daß wasser- und/oder zitronensäurelösliche Substanzen entstehen, welche nunmehr für die Pflanzen als Düngemittel verfügbar sind, gelingt es, aus wenig wertvollem Klärschlamm oder wenig wertvoller Klärschlammasche einen hochwertigen Dünger zu erzeugen.
- Im Hinblick auf die im Klärschlamm enthaltenen Phosphatverbindungen, wie z.B. die Eisen-, Calcium- und Aluminiumphosphate, läßt sich bei der Verwendung von Na2C03 als Aufschlußmittel aus den schlecht pflanzenverfügbaren Eisen-, Calcium- und Aluminiumphosphaten das pflanzenverfügbare CaNaP04 gewinnen. Bei Verwendung von Magnesiumsalzen entsteht das gut pflanzenverfügbare Mg3(PO4)2, während bei Verwendung von CaO gut pflanzenverfügbare Calciumsilicophosphate entstehen, da die Klärschlämme bzw. deren Aschen Restmengen an feinkörnigem Si02 enthalten können.
- Die Menge der zuzusetzenden Aufschlußmittel schwankt stark in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Klärschlammes bzw. der Klärschlammasche und liegt in der Regel zwischen 5 und 40%, bezogen auf die Gesamtmenge der Mischung, wie die später angeführten Beispiele zeigen.
- Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung kann sowohl Klärschlamm als auch Klärschlammasche der Hochtemperaturbehandlung in Gegenwart von den Zuschlagstoffen Na2C03, CaO, Ca(OH)2, MgO und/oder MgS04 zugeführt werden. Hierbei ist unter Klärschlammasche sowohl der bei der Klärschlammverbrennung als auch der bei Klärschlammvergasung zur Erzeugung eines Brenngases anfallende feste Rückstand zu verstehen. Die Behandlung der Klärschlammasche kann in der Schmelze, vorzugsweise in einem sogenannten Schmelzkammerofen erfolgen, wobei der Stoffaustausch in der Schmelze höher ist als in der festen Phase, was zu einer Verkürzung der Reaktionszeiten führt.
- Es hat sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad des Verfahrens nach der Erfindung am größten ist bei Reaktionstemperaturen zwischen 600 und 1 200°C, vorzugsweise bei 900°C.
- Die Hochtemperaturbehandlung des Klärschlammes oder der Klärschlammasche kann auch in anderen Öfen, beispielsweise in Drehtrommelöfen, Drehrohröfen, Muffelöfen oder Wirbelschichtöfen durchgeführt werden.
- Als besonders wirkungsvoll erweist sich dabei die Behandlung des Klärschlammes oder der Klärschlammasche in einem Wirbelschichtofen, in dem alle Reaktionspartner in einem stark turbulenten Bewegungszust and gehalten werden. Sowohl der Stoff- als auch der Wärmeübergang zwischen den Reaktionspartnern ist somit groß, so daß mit relativ kurzen Verweilzeiten (etwa 2-20 sec.) gefahren werden kann.
- Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, die zu behandelnde Klärschlammasche unter Zumischung von Aufschlußmitteln zu brikettieren und die Briketts zur Hochtemperaturbehandlung mit heißen Eisenhüttenschlacken zu vermengen. Dabei dient die heiße Schlacke als Wärmelieferant für die chemische Umsetzung im Brikett zwischen Schlammasche und beispielsweise Soda. Der Wärmeinhalt der Schlacke wird auf die Briketts übertragen, so daß in vorteilhafter Weise auf die Zufuhr von Fremdwärme verzichtet werden kann. Je nach dem Wärmeverlust der Schlakke, der zum Beispiel durch Abstrahlung bedingt ist, können mittels 1 t Schlacke bis zu 0,7-0,8 t Aschebriketts auf eine Temperatur von etwa 800°C gebracht werden. Das erkaltete Produkt wird anschließend vermahlen.
- Durch diese Verfahrensvariante lassen sich somit zwei umweltrelevante Abfallstoffe mit Hilfe von bisher ungenutzter und daher verlorener Wärmeenergie in hohem Maße zu nutzbaren, für die Landwirtschaft wertvollen Düngemitteln vereinigen.
- Für die Zugabe von den Aufschlußmittel NaZC03, CaO, Ca(OH)2' MgO und/oder MgS04 zu dem zu behandelnden Klärschlamm bieten sich mehrere Möglichkeiten an:
- Das Aufschlußmittel kann, falls es wasserunlöslich ist, bereits im Zuge der Reinigung der Abwässer zugegeben werden; es kann aber auch erst später dem bereits eingedickten bzw. ausgeflockten oder thermisch konditionierten Klärschlamm zugemischt werden, oder es wird unmittelbar in die Hochtemperaturbehandlungszone eingeführt. Bei Kläranlagen, die bereits mit einer Verbrennungsanlage für den anfallenden Klärschlamm ausgerüstet sind, erweist es sich als zweckmäßig, das Aufschlußmittel zusätzlich in die Verbrennungsanlage einzuführen und somit die Aufschließung der nicht pflanzenverfügbaren Phosphate an Ort und Stelle durchzuführen. In diesem Falle ist der zusätzliche Investitionsaufwand zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gering.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- - die Beispiele 1-6 mit verschiedenen Aufschlußmitteln durchgeführte Versuche. Dabei ist die angegebene Löslichkeit sowohl der unbehandelten als auch der aufgeschlossenen Klärschlammasche in 2%iger Zitronensäure (pH=3,4) ein Maß für die Pflanzenverfügbarkeit der gewonnenen Düngemittel,
- - die Tabelle 1 das Ergebnis zweier Vegetationsversuche,
- - die Figur ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer bevorzugten Verfahrensvariante zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 85 Teile Klärschlammasche (Löslichkeit in 2%iger Zitronensäure=0,5%) werden mit 15 Teilen Kieserit (MgS04) innig vermischt und in einem Drehrohrofen bei 1 200°C behandelt. Es resultiert eine Aufschlußmasse, die bei einem Gehalt von 21,5% P2O5 eine relative Löslichkeit in Zitronensäure von 71% aufweist.
- 71 Teile Asche werden mit 29 Teilen CaO innig vermischt und in einem Muffelofen bei 1 200°C behandelt. Es resultiert eine Aufschlußmasse, die bei einem Gehalt von 16,1% P20, eine relative Löslichkeit in Zitronensäure von 87% aufweist.
- 82 Teile Asche werden mit 18 Teilen Soda innig vermischt und in einem Drehrohrofen bei 900°C behandelt. Es resultiert eine Aufschlußmasse, die bei einem Gehalt von 19,8% P20, eine relative Löslichkeit in Zitronensäure von 95% aufweist.
- 80 Teile Asche werden mit 16 Teilen Soda und 4 Teilen CaO innig vermischt und bei 950°C behandelt. Es resultiert eine Aufschlußmasse, die bei einem Gehalt von 18,9% P2O5 eine relative Löslichkeit in Zitronensäure von 92% aufweist.
- 50 Teile Klärschlamm mit einem Wassergehalt von 50% und einem P2O5-Gehalt in der Trockenmasse von 7,3% werden mit 1,8 Teilen Soda innig vermischt und bei steigender Temperatur bis 950°C verbrannt. Es resultiert eine chemisch aufgeschlossene Masse, die bei einem Gehalt von 18,7% P2O5 eine relative Löslichkeit in Zitronensäure von 73% aufweist.
- Eine Mischung aus 80 Teilen Asche und 20 Teilen Soda wird zu Briketts geformt und im Verhältnis 25% Briketts + 75% LD-Schlacke in heißer LD-Schlacke eingebettet und 2 Stunden gelagert. Es resultiert eine aufgeschlossene Brikettmischung mit einem Gehalt von 19,1% P2O5 bei 100% relativer Löslichkeit in Zitronensäure. Die gemeinsame Vermahlung von LD-Schlacke und hochtemperaturbehandelten Briketts ergab einen Gehalt von 9,2% P20, bei einer relativen Löslichkeit von 78%. Die LD-Schlacke allein zeigte einen Gehalt von 3,7% P205 bei einer relativen Löslichkeit von nur 46%.
- In der Tabelle 1 ist als Beispiel für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens des Ergebnis zweier Vegetationsversuche dargestellt. Hieraus geht hervor, daß eine mit Soda aufgeschlossene Klärschlammasche die gleiche Pflanzenwirksamkeit entfaltet wie dans Standarddüngemittel Thomasphosphat.
- In der Figur ist beispielhaft eine schematisch dargestellte Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Aufschlußverfahrens dargestellt. Hierbei wird Klärschlamm beliebiger Herkunft, der mineralische, für Pflanzen nicht verfügbare Düngemittelkomponenten, wie z.B. Eisen-, Aluminium- und Calciumphosphate enthält, über eine Leitung 1 der Anlage zugeführt und in einer Mischanlage 2 intensiv mit geeigneten Aufschlußmittel, wie z.B. NaZC03 oder MgO, welche über eine Leitung 3 und eine Dosiervorrichtung 4 dem Mischbehälter zugeleitet werden, vermischt. Daraufhin wird die Mischung aus Klärschlamm und Aufschlußmittel mittels einer Förderschnecke 5 in einen Wirbelschichtofen 6 gefördert und dort bei einer Temperatur von etwa 900°C verbrannt. Die Verbrennungsluft wird dem Wirbelschichtofen 6 über eine Leitung 7 und einen Vorerhitzer 8 und der erforderliche Brennstoff, z.B. Gas oder Öl, über eine Leitung 9 zugeleitet.
- Durch die Zugabe der genannten Aufschlußmittel zu dem Klärschlamm findet im Zuge der Verbrennung des Schlammes gleichzeitig eine chemische Umwandlung der im Klärschlamm enthaltenen unlöslichen Phosphatverbindungen in wasser- und/oder zitronensäurelösliche Phosphatverbindungen statt, die nunmehr für Pflanzenwurzeln aufnehmbar sind und sich somit in besonderem Maße als Dungemittel eignen.
- Die im Wirbelschichtofen 6 anfallenden Reaktionsprodukte wie Abgas, Sand und Asche werden über eine Leitung 10 abgezogen, in einem Wärmetauscher 11 oder durch Luftzumischung abgekühlt und dann in einem Zyklonabscheider 12 einer Grobzerlegung unterzogen. Die hierbei abgetrennten Feststoffe, im wesentlichen Sand und Asche, werden über eine Leitung 13 aus dem Zyklonabscheider 12 abgeleitet, während das noch geringfügig verunreinigte Abgas über eine Leitung 14 einem Filter 15 zugeführt und in diesem einer Feinreinigung unterzogen wird. Das gereinigte Abgas verläßt das Filter 15 über eine Leitung 16, während die im Filter 15 abgetrennte Feinasche über eine Leitung 17 abgezogen wird.
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