EP1487755A1 - Verfahren zur thermischen behandlung von w ssrigen konzentra ten - Google Patents

Verfahren zur thermischen behandlung von w ssrigen konzentra ten

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EP1487755A1
EP1487755A1 EP03711697A EP03711697A EP1487755A1 EP 1487755 A1 EP1487755 A1 EP 1487755A1 EP 03711697 A EP03711697 A EP 03711697A EP 03711697 A EP03711697 A EP 03711697A EP 1487755 A1 EP1487755 A1 EP 1487755A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
aqueous concentrates
aqueous
industrial production
thermal treatment
waste
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03711697A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Neubacher
Peter Ernst
Hans-Jürgen GULAS
Michael SCHÖFFEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Uv & P Umweltmanagement - Verfahrenstechnik Neubacher & Partner Gesmbh
Original Assignee
Uv & P Umweltmanagement - Verfahrenstechnik Neubacher & Partner Gesmbh
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Publication date
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Publication of EP1487755A1 publication Critical patent/EP1487755A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/43—Heat treatment, e.g. precalcining, burning, melting; Cooling
    • C04B7/44—Burning; Melting
    • C04B7/4407—Treatment or selection of the fuel therefor, e.g. use of hazardous waste as secondary fuel ; Use of particular energy sources, e.g. waste hot gases from other processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Definitions

  • the invention relates to a method for the thermal treatment of aqueous concentrates, in particular of concentrated landfill water and aqueous waste from waste treatment plants and from industrial production or cleaning processes.
  • a rotary kiln for the treatment of industrial waste has become known from JP 62-49419 A2, which essentially consists of a front combustion chamber with a smaller diameter and a rear combustion chamber with a larger diameter, with pipelines extending from the front of the rotary kiln in the wall the front combustion chamber are provided which open into the combustion chamber in a conical transition region.
  • water and compressed air can be introduced into the combustion chamber in order to increase the efficiency of the combustion and furthermore to cool the walls of the combustion chamber in order to prevent the thermally treated material from contacting the combustion chamber walls.
  • a nozzle is provided with which water can be injected into the front combustion chamber together with compressed air.
  • a method for reducing NO x in the cement clinker burning process has become known from DE 198 02 247 A1, in which a 0-10% aqueous solution of ammonia or ammonium compounds is fed to the primary firing via the secondary air.
  • the aim of the process is to avoid temperature peaks in the combustion air of a rotary kiln, the NH X radicals in the rotary kiln flame leading to NO decomposition and furthermore the dissociation of the H 2 O leads to a cooling of the rotary kiln flame.
  • DE 26 24 971 AI discloses a process for recycling industrial waste in combustion processes for the production of alkaline earth oxides, alkaline earth silicates or alkaline earth aluminates, in which the waste is introduced in such a way that the combustible material absorbs the inorganic constituents of the waste.
  • a rotary kiln system is used for the firing process, the waste being brought into contact with the firing material at the end of the firing process, the inorganic constituents being chemically bound by the firing material.
  • the operation of landfills and waste treatment plants, in particular landfills leads to the accumulation of contaminated leachate, for the treatment of which mostly processes are used to concentrate the pollutants, for example processes or process combinations such as reverse osmosis, membrane filtration or evaporation.
  • the resulting aqueous concentrate is characterized by high levels of pollutants, in particular by organic substances that are difficult to biodegrade.
  • pollutants in particular by organic substances that are difficult to biodegrade.
  • Known processes for their treatment are primarily chemical (use of chemical oxidizing agents) or thermal oxidation (combustion in special systems with downstream exhaust gas cleaning), the operation of which requires a high consumption of energy and chemicals and leads to residues, which are generally considered dangerous Waste is further processed or disposed of in underground landfills.
  • the object of the invention is to improve a method for the thermal treatment of aqueous concentrates in such a way that the use of energy is minimized and the problem of storage or removal of the non-combustible inorganic residues is solved.
  • aqueous concentrates for regulating the flame temperature are introduced into the high-temperature furnace of an industrial production process.
  • the aqueous concentrates can be used particularly advantageously in the production of cement clinker or in the production of fire lime.
  • nitrogen oxide emissions Due to progressively stricter environmental protection requirements, nitrogen oxide emissions have become a particular problem, for example for cement clinker production and other high-temperature furnaces.
  • the ozone law (BGBI 1992/2010) in Austria requires a 70% reduction in nitrogen oxide emissions by December 31, 2006 based on the emissions in 1985.
  • the nitrogen oxide emission is already limited to 800 mg / m 3 , with a further reduction to 500 mg / m 3 already being provided.
  • the amount of the aqueous concentrates introduced into the high-temperature furnace is regulated as a function of the flame temperature, the nitrogen oxide emission or a size dependent thereon.
  • the measure according to the invention can be used to reduce the thermally induced formation of nitrogen oxides by targeted flame cooling.
  • the increased fuel consumption due to the injection of the aqueous concentrates can be partly reduced or compensated for by combustible components in the aqueous concentrates.
  • Another advantage of the invention is that the inorganic residues of the aqueous concentrates obtained after the thermal treatment are chemically or physically integrated or immobilized in the product of the industrial production process.
  • the controlled use of aqueous concentrates in high-temperature furnaces in industrial production processes enables them to be recycled in an environmentally compatible manner, whereby in addition to the regulated cooling of the high-temperature furnaces, residue-free waste recycling and a reduction in air pollutant emissions are also guaranteed.
  • Leachate concentrates from waste landfills and waste water from waste treatment plants (for example fermentation or composting plants) loaded with organic pollutants and nitrogen compounds can be used particularly advantageously in the main firing of cement kilns.
  • the organic pollutants are completely broken down and used for energy, while the inorganic components of the aqueous concentrates, such as heavy metals, sulfur and alkalis, are not or only slightly soluble in the matrix of the cement clinker.
  • the content of soluble components such as mercury in the aqueous concentrates must be kept low in accordance with the emission limit values.
  • Typical consumption values for the controlled recycling of aqueous concentrates are around 1 to 10 m 3 based on a production output of around 1000 t of cement clinker.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von wässrigen Konzentraten, insbesondere von aufkonzentrierten Deponiewässern sowie wässrigen Abfällen aus Abfallbehandlungsanlagen und aus industriellen Produktions oder Reinigungsprozessen. Erfindungsgemäss werden die wässrigen Konzentrate zur Regelung der Flammentemperatur in die Hochtemperaturfeuerung eines industriellen Produktionsprozesses, beispielsweise bei der Herstellung von Zementklinker, eingebracht. Die anorganischen Reststoffe werden dabei in das Produkt des industriellen Produktionsprozesses chemisch oder physikalisch eingebunden.

Description

Verfahren zur thermischen Behandlung von wässriqen Konzentraten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von wässrigen Konzentraten, insbesondere von aufkonzentrierten Deponiewässern sowie wässrigen Abfällen aus Abfallbehandlungsanlagen und aus industriellen Produktionsoder Reinigungsprozessen.
In diesem Zusammenhang ist aus der JP 62-49419 A2 ein Drehrohrofen zur Behandlung industrieller Abfälle bekannt geworden, welcher im Wesentlichen aus einer vorderen Brennkammer mit geringerem Durchmesser und einer hinteren Brennkammer mit größerem Durchmesser besteht, wobei von der Frontseite des Drehrohrofens ausgehende Rohrleitungen in der Wand der vorderen Brennkammer vorgesehen sind, welche in einem konischen Übergangsbereich in die Brennkammer einmünden. Durch diese Rohrleitungen kann in die Brennkammer Wasser und Druckluft eingeleitet werden, um den Wirkungsgrad der Verbrennung zu erhöhen und weiters die Wände der Brennkammer zu kühlen, um ein Anlegen des thermisch behandelten Materials an den Brennraumwänden zu vermeiden. Weiters ist eine Düse vorgesehen, mit welcher Wasser zusammen mit Druckluft in die vordere Brennkammer eingedüst werden kann. Mit derartigen Drehrohröfen können allerdings nicht alle Probleme bei der Beseitigung von Abfällen behoben werden, insbesondere ergeben sich bei der Behandlung wässriger Konzentrate große Probleme mit den anfallenden anorganischen Rückständen.
Aus der DE 198 02 247 AI ist ein Verfahren zur Minderung von NOx im Zement- klinkerbrennprozess bekannt geworden, bei welchem der Primärfeuerung über die Sekundärluft eine 0-10%ige wässrige Lösung von Ammoniak oder Ammoniumverbindungen zugeführt wird. Ziel des Verfahrens ist es, Temperaturspitzen in der Verbrennungsluft eines Drehofens zu vermeiden, wobei die NHX-Radikale in der Drehofenflamme zu einem NO-Abbau führen und weiters die Dissoziation des H2O zu einer Abkühlung der Drehofenflamme führt.
Weiters ist aus der DE 26 24 971 AI ein Verfahren zur Verwertung industrieller Abfälle in Brennprozessen zur Herstellung von Erdalkalioxiden, Erdalkalisilikaten oder Erdalkalialuminaten bekannt geworden, bei welchem die Abfälle derart eingebracht werden, dass das Brenngut die entstehenden anorganischen Bestandteile der Abfälle aufnimmt. Für den Brennprozess wird ein Drehofensystem verwendet, wobei die Abfälle am Ende des Brennprozesses mit dem Brenngut in Berührung gebracht werden, wobei die anorganischen Bestandteile durch das Brenngut chemisch gebunden werden. Der Betrieb von Abfalldeponien und Abfallbehandlungsanlagen, insbesondere von Mülldeponien, führt beispielsweise zum Anfall von verunreinigten Sickerwässern, für deren Behandlung meist Verfahren zur Aufkonzentrierung der Schadstoffe eingesetzt werden, beispielsweise Verfahren oder Verfahrenskombinationen wie Umkehrosmose, Membranfiltration oder Eindampfung. Das dabei entstehende wässrige Konzentrat ist durch hohe Schadstoffgehalte, insbesondere durch biologisch schwer abbaubare organische Stoffe gekennzeichnet. Bekannte Verfahren zu deren Behandlung sind vor allem chemische (Einsatz von chemischen Oxida- tionsmitteln) oder thermische Oxidation (Verbrennung in Spezialanlagen mit nachgeschalteter Abgasreinigung), deren Betrieb einen hohen Verbrauch an Energie und Chemikalien erfordert und zu Rückständen führt, die in der Regel als gefährliche Abfälle weiterbehandelt oder in Untertagedeponien endgelagert werden.
Verschiedenartige flüssige Abfälle, insbesondere aus industriellen Produktionsoder Reinigungsprozessen, werden ebenfalls durch derartige Verfahren aufkonzentriert und erfordern in der Folge eine weitere Behandlung der wässrigen Konzentrate. Ein Beispiel dafür ist die Produktion von (potentiell stark gesundheits- und umweltgefährdenden) Pestiziden, sowie damit verbundener Reinigungs- und Rückstandsentsorgungsprozesse.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur thermischen Behandlung wässri- ger Konzentrate derart zu verbessern, dass der Energieeinsatz minimiert und das Problem der Lagerung bzw. Beseitigung der nichtbrennbaren anorganischen Rückstände gelöst wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die wässrigen Konzentrate zur Regelung der Flammentemperatur in die Hochtemperaturfeuerung eines industriellen Produktionsprozesses eingebracht werden. Besonders vorteilhaft können die wässrigen Konzentrate bei der Herstellung von Zementklinker oder bei der Herstellung von Brandkalk eingesetzt werden.
Durch fortschreitend strengere Umweltschutzanforderungen sind Stickoxidemissionen zu einem besonderen Problem, beispielsweise für die Zementklinkerproduktion und andere Hochtemperaturfeuerungen geworden. So wird beispielsweise durch das Ozongesetz (BGBI 1992/2010) in Österreich eine Verringerung der Stickoxidemission um 70 % bis zum 31. Dezember 2006 bezogen auf die Emission im Jahr 1985 verlangt. Im Falle der Mitverbrennung von Abfällen in Anlagen zur Zementerzeugung ist die Stickoxidemission bereits auf 800 mg/m3 begrenzt, wobei eine weitere Herabsetzung auf 500 mg/m3 bereits vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Menge der in die Hochtemperaturfeuerung eingebrachten wässrigen Konzentrate in Abhängigkeit der Flammentemperatur, der Stickoxidemission oder einer davon abhängigen Größe geregelt wird. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann durch eine gezielte Flammenkühlung die thermisch bedingte Bildung von Stickoxiden herabgesetzt werden. Der durch das Eindüsen der wässrigen Konzentrate erhöhte Brennstoffverbrauch kann zum Teil durch brennbare Bestandteile in den wässrigen Konzentraten verringert oder ausgeglichen werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die nach der thermischen Behandlung anfallenden anorganischen Reststoffe der wässrigen Konzentrate in das Produkt des industriellen Produktionsprozesses chemisch oder physikalisch eingebunden oder immobilisiert werden. Durch den geregelten Einsatz von wässrigen Konzentraten in Hochtemperaturfeuerungen industrieller Produktionsprozesse können diese einer umweltverträglichen Verwertung zugeführt werden, wobei neben der geregelten Kühlung der Hochtemperaturfeuerung auch eine rückstandsfreie Abfallverwertung und eine Verminderung von Luftschadstoffemissionen gewährleistet ist.
Besonders vorteilhaft können mit organischen Schadstoffen und Stickstoffverbindungen belastete Sickerwasserkonzentrate aus Abfalldeponien und Abwässer aus Abfallbehandlungsanlagen (beispielsweise Vergärungs- oder Kompostierungsan- lagen) in der Hauptfeuerung von Zementbrennöfen eingesetzt werden. Dabei werden die organischen Schadstoffe vollständig abgebaut und energetisch genutzt, während die anorganischen Bestandteile der wässrigen Konzentrate, wie Schwermetalle, Schwefel und Alkalien in der Matrix des Zementklinkers nicht- bzw. schwerlöslich eingebunden werden. Der Gehalt an löslichen Bestandteilen, wie beispielsweise Quecksilber muss in den wässrigen Konzentraten entsprechend der Emissionsgrenzwerte gering gehalten werden.
Typische Verbrauchswerte für die geregelte Verwertung von wässrigen Konzentraten betragen etwa 1 bis 10 m3 bezogen auf eine Produktionsleistung von etwa 1000t Zementklinker.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur thermischen Behandlung von wässrigen Konzentraten, insbesondere von aufkonzentrierten Deponiewässern sowie wässrigen Abfällen aus Abfallbehandlungsanlagen und aus industriellen Produktions- oder Reinigungsprozessen, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrigen Konzentrate zur Regelung der Flammentemperatur in die Hochtemperaturfeuerung eines industriellen Produktionsprozesses eingebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrigen Konzentrate bei der Herstellung von Zementklinker oder bei der Herstellung von Brandkalk eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der in die Hochtemperaturfeuerung eingebrachten, wässrigen Konzentrate in Abhängigkeit der Flammentemperatur, der Stickoxidemission oder einer davon abhängigen Größe geregelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der thermischen Behandlung der wässrigen Konzentrate anfallenden anorganischen Reststoffe in das Produkt des industriellen Produktionsprozesses chemisch oder physikalisch eingebunden oder immobilisiert werden.
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