HU204482B

HU204482B - Process for treatingcleaning sludge

Info

Publication number: HU204482B
Application number: HU893175A
Authority: HU
Inventors: Max Aicher
Original assignee: Max Aicher
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1989-06-21
Publication date: 1992-01-28
Also published as: EP0347808B1; DE58902128D1; EP0347808A1; GR3006225T3; PL165439B1; HUT55713A; DD283986A5; RU1794061C; ES2035445T3

Description

A találmány deiítőiszap kezelésére alkalmas eljárásra vonalkozik.

A derítőiszap a biológiai szennyvíztisztítás nem elkerülhető terméke és egyre több problémával párosul a kezelése. A deiítőiszap a szennyvíz kezelése és össze- 5 tétele szerint a főként bakteriális eredetű biomasszából állő szerves rész mellett 20-60 tőmeg%, átlagosan körülbelül 50 tömeg%, szervetlen alkotórészt tartalmaz.

A növényi biomasszával ellentétben a deiítőiszapban alig fordulnak elő lipinek és csak kis mennyiségben 10 szénhidrátok, hanem fő alkotórészekként lipidek és proteinek vannak benne.

A Német Szövetségi Köztársaságban évente folyamatosan emelkedik a háztartásból és az iparból származó folyékony derítöiszap mennyisége; 1986-ban 15 például körülbelül 50 millió m³ volt, mintegy 4,6 tömeg% szárazanyagtartalommal. Ebből az összmennyiségből csak körülbelül egyhairoad hasznosítható, azaz közvetlenül vagy komposztálás után felvihető mezőgazdaságilag használt felületekre. A keletkező derítő- 20 iszap legnagyobb részét hulladékként kezelik, mimellett körülbelül 60 tömeg%-át közvetlenül lerakják és körülbelül 7 tömeg%-át kezelik termikusán és a maradék anyagokat lerakják.

Eltekintve attól, hogy a keletkező deiítőiszap 25 mennyisége évente tovább növekszik, mivel további körzeteket kapcsolnak a nyilvános tisztítórendszerekhez és mert a szennyvíztisztítást egyre nagyobb hatékonysággal kell végezni, ezeknek a kezelési módoknak egyike sem problémamentes. Ehhez járul az is, hogy a 30 korlátozott kapacitás és a derítőiszapban lévő káros anyagok mennyiségének viszonylagos növekedése miatt a mezőgazdaságilag hasznosítható rész a keletkező összmennyiségből abszolút és relatív értelemben viszszaesik. 35

A deiítőiszap visszakeringtetésénél a minőségi követelmények nagyon nagyok, mindenekelőtt járványhigiénía és vegyianyag-tartalom tekintetében. Mezőgazdaságilag használt felületre való felvitelhez a derítőiszapot mentesíteni kell a fertőző anyagoktól, ez vi- 40 szont csak hosszas kezeléssel és/vagy magas hőmérsékleten biológiai, fizikai vagy kémiai eljárással érhető el, a deiítőiszap szokásos elkoihadása útján azonban nem. Ehhez járul még az, hogy a derítőiszapnak nemcsak viszonylag nagy a mérgező nehézfémtartalma, 45 hanem nagy a dioxintartalma is, így további kezelés nélkül nem értékesíthető a mezőgazdaságban mint trágya.

Lényegében mechanikusan víztelenített derítóiszapok és elégetés utáni maradékanyagok kerülnek lera- 50 kásra. Eltekintve attól, hogy a lerakófelületek a jövőben mind kisebb mértékben állnak rendelkezésre, a deponálás gyakorlata azért is kérdéses, mivel az iszapok a talajmechanikai követelmények figyelembevételével gyakran nem alkalmasak a lerakásra. 55

Emellett különböző kezdeményezések léteznek annak érdekében, hogy a deiítőiszapban lévő szerves anyagok energiahordozókként hasznosításra kerüljenek. Az anaerob koifaadás, amely mintegy 50 tömeg% feletti CH₄-tartalmú metán/szénsav gáz-elegyet termel, 60 a leggyakrabban alkalmazott módszer. Ennél a módszernél a szerves alkotóanyagnak mindenesetre csak körülbelül 25-50 tömeg%-a alakul át. A derítőiszap elégetése problémákkal jár mindenekelőtt akkor, ha az iszap illékony fémeket tartalmaz, így például Hg-t, Cd-t és Zn-t foglal magában. Ehhez járul még az is, hogy 500 °C feletti hőmérsékleten dioxinok képződésétől is tartani kell. Veszélyes a magas hőmérsékleten történő pirolízisnél az is, hogy nagyon nagy a toxikus acetonitril részaránya a reakcióvizekben, ezenkívül a karcinogén aromások mennyisége is nagy. Az elégetésnél hátrányos hatása van a viszonylag nagy mennyiségben jelen lévő szervetlen alkotórészeknek is, amelyeket szükségtelenül fel kell melegíteni és az égetőberendezések porszűrőin felhalmozódnak.

Ezek a veszélyek megszűnnek az úgynevezett alacsony hőmérsékletű átalakításnál, amelynél előszárított és ömleszthető, például granulált vagy poralakú formává feldolgozott derítőiszapot hőkezelésnek vetnek alá, mégpedig körülbelül 250-330 °C-on anaerob körülmények között (32 21495 számú NSZK-beli szabadalmi leírás). Eközben az ásványolaj és a szén természetben történő képződéséhez hasonlóan a lipidekből és a proteinekből viszonylag nagy széntartalmú és nagy fűtőértékü olajok keletkeznek, amelyek ismét elégethetők. Az emellett keletkező füstgázok és égéstermékek hőmérséklete körülbelül 550-600 °C-ot is elér. Ezek fűtőközegként alkalmazhatók az átalakításnál. A deiítőiszapban lévő mérgező nehézfémek a hamuban maradnak, amennyiben gázformában nem távoztak el, és így azokat el kell helyezni. Ezzel - az energiakinyeiés mellett - az eredeti iszapfelhalmozódással szemben elérik azt, hogy jelentős mértékben lecsökken a lerakandó anyag mennyisége, de továbbra is fennáll a lerakás szükségessége, és növekszik a lerakott anyagban lévő káros anyagok, különösen a nehézfémek mennyisége és ezek elhelyezésével járó kockázat Ismert továbbá, hogy ilyen alacsony hőmérsékletű átalakítás után kapott iszapmaradékokat ahelyett, hogy deponált fínomszemcsés formában kerámiatestek előállításánál belekeverik az agyagmasszába és ezt azután alagútkemencékben kiégetik (3238 328 számú NSZKbeli szabadalmi leírás). Az égéstérben uralkodó magas hőmérsékletek és a foimatesteknek a kemencében való hosszú tartózkodási ideje következtében a szervetlen, káros alkotóanyagok, különösen nehézfémek, szilikátfoimába átmennek és oldhatatlanná válnak. Hasonló irányba mutat az a gondolat is, hogy ezeket a maradékokat adott esetben adalékanyagok hozzáadása közben kell elégetni annak érdekében, hogy a visszamaradó szervetlen alkotórészekből hidraulikus cementet állítsanak elő (586 506 számú francia szabadalmi leírás).

A 3718133 számú NSZK-beli közrebocsátási iratban olyan szennyvíziszap-kezelési eljárást ismertetnek, amelynek során az iszapot körülbelül 95% szárazanyagtartalomra előszárítják, majd alacsony hőmérsékletű konvertálásnak vetik alá körülbelül 320 °C-on, amelynek során pirolízissel gázok képződnek, és ezekből kondenzálással olajat nyernek. Az alacsony hőmérsékletű konvertálást egy kokszelgázosítási lépés köve2

HU 204 482 Β ti, amelyet körülbelül 850 °C-ot meg nem haladó hőmérsékleten hajtanak végre, és amelyhez külső energiára van szükség, amit füstgáz odavezetésével biztosítanak. Az eljárás lényeges hátránya, hogy a visszamaradó hamu valamennyi eredeti káros anyagot tartalmazza a kristályrácshoz nem kötött formában; ezek a káros anyagok tehát a környezetbe kijuthatnak, és emiatt a kapott hamut hulladékként kell kezelni és megfelelően kell elhelyezni.

A fenti ismertetett hátrányokon túlmenően az alacsony hőmérsékleten végrehajtott átalakítás további hátránya az, hogy a maradékban lévő szén részaránya az egész maradéknak körülbelül 20-30 tömeg%-át teszi ki, ami nagyon kevés. Ennek a fűtőértéke levegőben való elégetésnél körülbelül a barnaszén fütőértékének felel meg és nem elég ahhoz, hogy az ásványi alkotórészek szinterezéséhez - azaz olyan, hő hatására bekövetkező zsugorodásához, összesüléséhez, amelynek során a jelen levő anyagok a kristályszerkezetbe beépülnek - szükséges legalább 1250 °C-ot biztosítsa. Emiatt nemcsak külső energia, például szén, ásványolaj vagy földgáz hozzáadása válik szükségessé, hanem a további széntartalmú anyag elégetése végett a levegőből további oxigén elvonása is szükséges lesz. Mivel a levegő oxigéntartalma körülbelül 20 tömeg%, egyidejűleg a levegőben lévő nitrogén is oxidálódik nitrogén-oxidokká. Ezek az oxidok ugyanúgy szennyezik a környezetet, mint az elégetésnél ugyancsak keletkező szén-dioxid.

A 3015 290 számú NSZK-beli közrebocsátási iratban egy egylépéses eljárást ismertetnek, ami egy magas hőmérsékletű pirolízis. Bár itt az energiakinyerés nagyobb, mint a fenti alacsony hőmérsékletű pirolíziseknél, mivel a teljes szerves széntartalmat egyetlen lépésben átalakítják, a hőmérséklet itt sem éri el a szinterezéshez szükséges hőfokot, és így itt is olyan hamu marad vissza, ami valamennyi eredeti káros anyagot a kristályrácshoz nem kötött tonnában tartalmazza, ezért biztonságos elhelyezését meg kell oldani.

A fenti körülmények figyelembevételével kitűnik, hogy szükség volt olyan eljárás kidolgozására, amelynek segítségével a deritőiszapot úgy dolgozzuk fel az energiaháztartás optimálissá tétele mellett, mégpedig külső energiafelhasználás nélkül és a környezet legmesszebbmenő kímélését is megvalósítva, hogy a keletkező derítőiszap lehető legnagyobb részét, vagy akár egészét is, szervetlen alkotórészeit is beleértve újra felhasználjuk, azaz recikláljuk.

A feladatot a találmány értelmében úgy oldottuk meg, hogy a derítőiszapot legalább 85% szárazanyagtartalom eléréséig szárítjuk, majd frakcionáltan pirolizáljuk, oly módon, hogy először anaerob körülmények között alacsony hőmérsékletű átalakításnak vetjük alá 250-350 °C-on, így a szerves széntartalmat olaj formájában elkülönítjük, a kapott maradékot tiszta oxigén hozzáadása közben 1250 °C fölötti hőmérsékleten elégetjük és a visszamaradó szervetlen alkotórészeket finomra őrölt állapotban hidraulikus kötőanyag, különösen cement, számára helyettesítő anyagként alkalmazzuk.

A találmány szerinti eljárás a környezet legmeszszebbmenőkig való kímélése mellett a derítőiszap teljes újrafelhasználását, reciklálását teszi lehetővé. A derítőiszap nagy energiatartalmának célszerű kihasználásával az eljárási lépések találmány szerinti kombinációja lehetővé teszi azt, hogy a nagy energiaszükséglet ellenére egy messzemenően eneigiaönellátó, azaz külső energia bevezetésétől messzemenően független üzemmenetet alakítsunk ki.

Ilyen értelemben hat a derítőiszap előszárítása, előnyösen 90-100 tömeg%-ra, a lehető legnagyobb szárazanyagtartalomra. Ezzel az ezt követő, alacsony hőmérsékleten való átalakításnál az együtt kezelendő ballasztvíz részarányát a lehető legkisebbre csökkentjük.

Az előszáritott derítőiszap anaerob körülmények között végrehajtott alacsony hőmérsékletű átalakításánál - az ásványolajnak és a szénnek a természetben való képződéséhez hasonlóan - olyan olajok keletkeznek, amelyeknek viszonylag nagy a széntartalmuk és a fűtőértékük. Mosás után az olaj szinte teljesen elég maradék nélkül, így tehát fűtőanyagként nagyon jól alkalmazható. Az átalakításnál nagy mértékben keletkező, főként CO₂-ből álló reakciőgázt az anaerob körülmények fenntartása érdekében védőgázként visszavezetjük a folyamatba. Az olaj és a víz az átalakításnál gázfázisba megy át és több helyen részlegesen levehetjük vagy Összfrakcióként elvezethetjük, majd kondenzátorban elválaszthatjuk egymástól.

A nehézfémvegyületek nem tudnak gázfázisba átmenni, többnyire a szilárd maradékban gyűlnek össze, amely a derítőiszap szerveden alkotóanyagai, valamint a szerves alkotóanyagokból származó olaj mellett képződött szenet tartalmazza.

Lényeges a találmány szerinti eljárás során a maradék szénnek tiszta oxigén hozzávezetése közben történő elégetése. Ezáltal nem csak a szervetlen alkotórészek szinterezéséhez szükséges legalább 1250 °C-os, előnyösen körülbelül 1450 °C-os, hőmérsékletet érjük el, hanem elkerüljük a pótlólagos, nem regenerálható energiahordozók égetését is, amely nem csak további szén-dioxid keletkezését, hanem mindenekelőtt nitrogén-oxidok képződését okozná, amely a környezetet ismét nagyon megterhelné. A maradék szénnek az oxigénnel való reakciójából keletkezik ugyan bizonyos mennyiségű szén-dioxid, ez azonban összehasonlíthatatlanul csekély, ugyanúgy, ahogy a nitrózus gázok mennyisége is, amelyek a maradék szénben lévő nitrogénből képződnek.

Az égetéshez használt tiszta oxigént különösen folyékony levegőből kaphatjuk környezetet kímélő módon frakcionált desztillációval vagy kondenzálással. Ezzel összefüggésben regenerálható energiaforrásokat, így például napenergiát, vízi energiát, is alkalmazhatunk, amelyek bizonyos éghajlati előfeltételek mellett közel korlátlanul rendelkezésre állnak.

A derítőiszap találmány szerinti eljárással történő frakcionált pirolízise és a visszamaradó szervetlen alkotóanyagok alkalmazása nem csak a derítőiszapban lévő szerves alkotóanyagok teljes hasznosításához vezet az energia tekintetében, hanem azt is eredményezi,

HU 204 482 Β hogy a visszamaradó szervetlen alkotóanyagokat nem kell lerakni, hanem töltőanyagokként, sőt szinterezés után hidraulikus kötőanyagként, így cementként, is használhatók beton előállításánál. A találmány szerinti eljárással végzett frakcionált pirolízisnek még az a kü- 5 lőnös előnye is megvan, hogy a nehézfémek a kezelés alatt nem válnak ki, hanem a szervetlen maradék anyagban maiadnak vissza, amelyben szinterezés után oxidok alakjában vannak jelen, tehát egy, a természetes előfordulásnak megfelelő formában a kristályrácsba 10 beépülve léteznek, így nem áll fenn annak a veszélye, hogy kimosás útján ismét visszakerülnek az életfolyamatba.

Gyakorlati példaként egy 100 000 lakosú városnak, amely már egy nagyváros határán van, a példáján mu- 15 tatjuk be a derítőiszap találmány szerinti kezelését Egy ilyen város manapság körülbelül 30 000 tonna derítőanyagot termel évenként (t/év). Ezt a derítőiszapot azért, hogy száraz legyen, körülbelül 20-30 tőmeg% szárazanyagtartalomra mechanikusan elő kell szárítani. 20 A további szárításhoz ezután szalagos szárítókat használhatunk, amelyekre a szárítandó derítőiszapot kis henger alakú darabokban visszük fel és ott fonó levegőáramban 100-130 °C-os szárítási hőmérsékleten kezeljük azokat Hy módon 50-95 tömeg%-os száraz- 25 anyagtartalomnak megfelelő szárítási fokot érhetünk el. A kiindulási anyagmennyiségre számítva a szárazanyagmennyiség körülbelül 1500 tonna.

Az ily módon szárított derítőiszapot ezután egy alacsony hőmérsékletű átalakítóba visszük, amelynél kö- 30 rülbelül 300 tonna olajat különítünk el. A visszamaradó mintegy 1200 tonna mennyiséget ezután tiszta oxigén hozzáadása közben körülbelül 1450 °C-on elégetjük. Eközben elégnek a széntartalmú maradékok és körülbelül 750 tonna szervetlen anyag marad vissza, amely 35 a szárazanyagnak körülbelül az 50 tömeg%-át teszi ki.

Ez a mennyiség az elővíztelenített eredeti derítőiszap mennyiségének körülbelül 12 tömeg%-a. Ezt a menynyiséget granulátum formájában adalékként használhatjuk vagy finomra őrölt formában az építőiparban a 40 cementfelhasználás keretében minden további nélkül elhelyezhetjük.

Emellett kihasználjuk ezeknek a szervetlen alkotórészeknek a sajátságait oly módon, hogy a cementklinker égetésének megfelelő égetés után forgódobos vagy ak- 45 nás kemencében szinterezés útján olyan új vegyületeket képezünk, amelyek legalább latens hidraulikus tulajdonságokat mutatnak, hasonlóan a kohósalak és a szállópemye tulajdonságaihoz. Az 1. táblázatban a derítőiszap kiégetett szervetlen alkotórészeinek a kémiai 50 összetételét szembeállítjuk a portlandcement kémiai tulajdonságaival.

1. táblázat

Részarány tőmegű- ban	Derítóiszap-szinter	Portlandcement
CaO	21,2	61-69
SiOz	46,1	18-24

Részarány tömegűban	Derítóiszap-szinter	Portlandcement
AI2O3	8,9	4-8
Fe2Ű3	3,0	1-4
M112O3 (MnO)	0,1	0,0-0,5
MgO	3,3	0,5-4,0
SO₃	5,0	2,0-3,5

Portlandcementtel való keverés útján - hasonlóan, mint a kohósalaknál - olyan értékeket érhetünk el, amelyek körülbelül megfelelnek a kohócement értékeinek.

2. táblázat

Részarány tömegű- bán	Portlandcement/derítóiszap-szinter	Kohőce- ment
80/20 tű	70/30tű	60/40 tű
CaO	56,2	51,2	46,9	43-60
SÍO2	25,2	27,8	30,4	23-32
AI2O3	5,8	6,2	6,6	6-14
Fe.-2.O3	2,6	2,6	2,7	0,5-3
MÍ12O3 (MnO)	0,1	0,1	0,1	0,1-2,5
MgO	1,8	2,0	22	1,9-9,5
SO3	3,0	3,2	3,5	1,0-4,5

A 2. táblázatban 80:20 tömeg%, 70:30 tömeg% és 60:40 tömeg% portlandcement és derítóiszap-szinter keverési arány alkalmazása esetén kapott értékeket a kohócement megfelelő vizsgálati értékeivel állítjuk szembe.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás detítőiszap kezelésére a detítóiszap előszárításásval, pirolízisével és a maradék égetőkemencében való elégetésével, azzal jellemezve, hogy a derítőiszapot legalább 85% szárazanyagtartalom eléréséig szárítjuk, majd anaerob körülmények között először 250-350 °C-on pirolizáljuk, így a szerves széntartalmat olaj formájában elkülönítjük, a kapott maradékot tiszta oxigén hozzáadása közben 1250 °C fölötti hőmérsékleten elégetjük, és a visszamaradó szervetlen alkotórészeket finomra őrölt állapotban hidraulikus kötőanyaghoz, különösen cementhez, helyettesítő anyagként hozzákeverjük.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a pirolízist 300 °C körüli hőmérsékleten hajtjuk végre.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kapott maradékot 1450 °C körüli hőmérsékleten égetjük el.