LU82330A1 - Verfahren und einrichtung zur ultraschall-konditionierung von abwasserschlamm - Google Patents

Description

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/ Λ T A GRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG

..........v........Μ.., y du _____((¾¾¾¾ Monsieur le Ministre

§de l’Économie et des Classes Moyennes Service de la Propriété Intellectuelle LUXEMBOURG

Demande de Brevet d’invention I. Requête .yizgazdâlkodasi TudOmanvos Kutatokôzpont, Kvassay JencT ut.1., ^ Budapest IX, Hongrie, représentée par Jean Waxweiler 21-25.....ÂriëeSchëf'fër',;'^.....dé ........

mandataire déposent) ce trois avril mil neuf cent quatre-vingt_____________________________ (3) à .15.00........heures, au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, à Luxembourg : 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant : ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- (4)

Verfahren und Einrichtung zur Ultraschall-Konditionierung von AbwasserschTanim“................................................

2. la délégation de pouvoir, datée de_____............ le ............_______________ 3. la description en langue................allemande___________________de l’invention en deux exemplaires; 4.........1....................planches de dessin, en deux exemplaires; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le........fcr.ßis.....a.vril...mil.....neuf cent quatre-vingt________________________________________________________________________________ déclare(nt) en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeurs) est (sont) : Dr.Lajos tsuixai, Karoli G.tër 4., 1114 Budapest,Hongrie

Andras.....Totïï'j......KarTn^Tïy“F;iîT27T7îlÎinSMâ^sT7Hô^ïîë' 1 ' 'E^^e^ot’Çr^^^aïôtaî7Kârîïïtlïÿ^7vr."2777lïri',,,,Baaape-sÎ:7Hoiigr±e— ’îjdkseï.....0Ι^7Έ^'δΤ'3"€Γ~υτ4·ιβΤ7ΐ;2Ό4.....Budapest,Hongrie'......................................................................

•Dr';'JôZ'sef'''3;itskey",''HO'SSZ'uhâ,z''U'';'3'-;";li81.....BudapesbyHongr-ie···.....................................

revendique(nt) pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de (6) ..brevet...................................................................déposée(s) en (7).................Hongrie___________________________________________________________________________ le treize avril...mil neuf cent soixante dix-neuf sous le no. ,8\ T0-Ï103 ......................................................................................................................................................... ~ Bit! ...............................La'Jos.....BïïIkaT,.....Andras.....Toth",.....Emë'së.....Τ'όΈΪΠ.....Jqpfe'f.....ölSh",......JüsZéf élit(élîsent) pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg....................................

......Jean· •Waxweiler-,-21^-2.5.....Allée.....Scheff er.., Luxembourg.............................................................. (10) sollicite(nt) la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les annexesj susmentionnées, — avec ajournement de cette délivrance à........................................./..................mois. (11) ’ Le ........mandataire.;,.....'.....................

....................ui................

II. Procès-verbal de Dépôt \ La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Intellectuelle à Luxembourg, en date du : 03.04.1980 1*·^^ Pr. le Ministre à .... 15....QQ... heures i ^de l’Économie et^gs^Clagses Moyennes,

nmi »nmpmiMK

PRIORITÄTS-BEftftlSPRUCHUftiß der Patent-Anmeldung in Ungarn vom 13. April 1979 unterer. T0-1103

BESCHREIBUNG

ZU EINER PATENTANMELDUNG IM

GROSSHERZOGTUM LUXEMBURG

VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR ULTRASCHALL-KONDITIONIERUNG VON ABWASSERSCHLAMM.

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VIZGAZDALKODASI TUDOMANYOS

KUTATOKÖ Z P ONT

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VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR ULTRASCHALL-KONDITIONIERUNG VON ABWASSERSCHLAMM

Gegenstand der Erfindung ist eins Schlammkonditionierungsmethode, die einen sich von der Wasserphase leicht trennenden, zur unmittelbaren maschinellen Entwässerung (Bandfilter, Vakuumfilter, usw.) führbare Konsistenz aufweisenden und zugleich desinfizierten Schlamm liefert.

Ziel der Schlammkonditionierung ist im allgemeinen eine leichtere Entwässerung des Schlammes durchführen zu können. Als sekundäre Wirkung ergibt die Wärmebehandlung einen sterilen Schlamm, die chemische Behandlung ver- A 1806-1116 /Fné - 2 - bessert die Verdichtbarkeit des Schlammes und die biologi-eche Konditionierung (z. B. das Faulverfahrsn) vermindert die Fäulnisfähigkeit des Schlammes (Benedek: Hàzi szennyvizek tlsztltésa - Reinigung von Haushaltsabwässern» Tankönyvkiadd 1972 Seite 170).

Im Verlaufe der thermischen Schlammkonditionierungsverfahren wird der Schlamm für eine Zeitdauer von 0,5-2 Stunden auf eine Temperatur von 200 °C erhitzt gehalten und dadurch erhält man einen sehr gut zu entwässernden Schlamm. Nachteilig ist jedoch der große Energieverbrauch und (im Falle einer Verwendung in der Landwirtschaft) der verminderte Dungwert (Benedek-Németh: A szennyviziszap ke-zelésa magyarorszägi viszonyok között - Behandlung von Abwasserschlamm unter den Verhältnissen in Ungarn, 1968 VITUKI Tanulmänyok és Kutatàsi Eredmények - Studien und Forschungsergebnisse Nr. 22, Seite 8).

Die auf der Welt am meisten verbreitete Schlammkonditionierungsmethode ist das anaerobe Faulverfahren» in dessen Ergebnis neben der Konditionierung auch der Großteil der patogenen Bakterien vernichtet wird, ein bedeutender Anteil einzelner gefährlicher Krankheitserreger jedoch lebend bleibt« Der Tuberkulosebazillus wird z. B. auch nach einem Ausfaulen von 35 Tagen nur zu 85 % vernichtet« (Process design manual for sludge treatment and disposai US. Environmental Protection Agency, Technology Transfer 1974. okt. EPA 625/1-74 - 006 - Table 5-9).

Die Oberlebungsfähigkeit der Wurmeier ist jsdoch noch größer» - 3 -

Wird der behandelte Schlamm für landwirtschaftliche Zwecke (Düngung) verwertet, so besteht die Gefahr von In-fektionen. Nach echweizerischen Autoren (E, Hess - C. Breert Die Dünglichkeit der Klärschlamm-Hygienisierung - Gaz-Eaux-Eaux usées 56 années 1976 no 7. p. 385) sind in Frisch» echlamm im Durchschnitt je Liter 10®, im ausgefaulten hin- 3 gegen 10 Salmonella-Einheiten enthalten. D.h., daß nach dem Ausfaulen ein Prozent der infizierenden Mikroorganismen am Leben bleibt«

Einen ähnlichen Wirkungsgrad zeigt auch der Rückgang der Zahl der je E. coli-Bakterien im Verlaufe des Ausfaulens· Dementsprechend ist die desinfizierende Wirkung des Faulverfahrens beschränkt und bedingt hierbei wegen der etwa 30 Tage ausmachenden Aufenthaltsdauer in den Faulräumen den Bau von großen Bauwerken. Nach dem gleichen Beitrag hat die dem Ausfaulen folgende Pastörisierung (eine Wärmebehandlung von 30 Minuten bei einer Temperatur von 70 °C) a. g eine 10 bis 10 -fache Verminderung der Enterobakterien und innerhalb deren der Salmonellen zur Folge,

Die das anaerobe Ausfäulen ergänzende zweite vorgeschlagene Desinfizierungsmethode ist die' Bestrahlung mit

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Kobalt-60, Eine Bestrahlung von 300 krad hat eine 10 - IG - fache Verminderung der Enterobakterien zum Ergebnis,

Beide genannten Methoden überschreiten wesentlich die desinfizierende Wirkung des anaeroben Schlammfaulverfahrens, wobei jedoch der Nachteil der Pastörisierung in der großen Ensrgieaufwendigkeit besteht, die radioaktive Bestrahlung andererseits eine kostenaufwendige Schützern- μ Zj* tm richtung bedingt.

Wird nun bei Vermeidung des Ausfaulverfahrens eine chemische Schlammkonditionierung angewandt, so bleibt die zusätzliche Desinfizierung ebenfalls erforderlich. Ein nicht-ausgefäulter Schlamm ist mit starker Geruchsbelästigung verbunden und zur chemischen Schlammbehandlung sind kostenaufwendige Chemikalien erforderlich (Z, B. Poly-elektrolyte, Eisenschlorid)·

Neuere Untersuchungen erwiesen, daß sich die Metallhydroxidsohlen bei der Zugabe von anorganischen Koagulationsmitteln innerhalb von einigen Sekunden zu Gelen großer Abmessungen vereinen (aggregieren) und deshalb ihre Wirkung nur in dem Falle gut ausüben können, wenn sie innerhalb von einigen Sekunden mit den Schlammteilchen in Verbindung treten. Da sich dazu die üblichen Vermischungsmethoden nicht eignen, wird bei der chemischen Schlammkonditionierung eine Oberdosierung der Chemikalien erforderlich, (Licskôt A pH, a kontakt idö és speciélis szerves szennye-zések hatâsa a koagulâciôra, - Wirkung des pH, der Kontaktzeit und der spezialen organischen Verunreinigungen auf die Koagulation« 1979 VITUKI Tudoményos Napok 4. ülésszak -Wissenschaftliche Tage 4. Tagung Seite 11),

Zu erwähnen ist noch die mit der Pastörisierung als gleichwertig betrachtete Schlammkompostierung, zu der Jedoch sin großes Gebiet erforderlich ist, wobei der Schlamm und ein die Feuchtigkeit abziehendes Material (z. B, Hausmüll, Sägespäne, Asche) vermischt für eine Dauer von 6-12-Monaten deponiert werden muß.

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Ziel unserer Erfindung war, eine kurze Aufenthaltsdauer bedingende und effektive Schlammkondltionierunga« methode zu entwickeln, bei der die entstehenden Schlammflocken sich gut von der Wasserphase trennen, gut gefiltert werden können, wobei der Schlammfladen nicht infizierend l ist« Dazu ist der dünnflüssige oder eingedickte Schlamm durch Ultraschallbehandlung zu zertrümmern, die in dieser Weise entstehende homogene disperse Kolloidmasoe mit einem Klärmittel zu vermischen und dadurch zur Koagulärung zu bringen. Die Chemikalienzumischung wird durch die Ultraschallbehandlung innerhalb von einigen Sekunden gesichert. Die Kavitationswirkung der infolge der Ultraschallbehandlung ausscheidenden Gasbläschen fördert ebenfalls die Zertrümmerung und trennt zugleich durch Flotation dia koagulierte Schlammpha-se ab. Im Laufe des Verfahrens werden die den Schlamm bildenden Mikroorganismen zerstört, ihre infektiöse Wirkung wird beseitigt und ihr Zellsaft freigegebsn.

Das Wesentliche der Erfindung ist in Fig. 1 zu sehen. Der Schlamm wird durch das Rohr 1 zugeführt, die den Ultraschall übergebenden Platten 2 sind in der ersten Hälfte des die Durchströmung ermöglichenden Bauwerkes angeordnet. In der Nähe der in der Schlammbeivegungsrichtung liegenden Enden der den Ultraschall übertragenden Platten ist die Chemikalienzufuhr vorgesehen. Ober dem dieser folgenden Flotationsraum 4 ist das Entechlickerband 5 angaordnat,' Zum Austritt des konditionierten Schlammes dient das Rohr 6, zur Ableitung der Wasserphase dient der Sumpf bzw, das Rohr 7.

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Der rohe, überschüssige bzw. gemischte Schlamm der biologischen Abwasef’rkläranlagen bzw. der Schlamm der Wasseraufbereitungsanlagen (z. B* chemischer Kläranlagen, Enteisenungsanlagen, Sandfilteranlagen) wird durch Gravitation oder durch Pumpen in dünnflüssigem oder verdichtetem Zustand durch das Rohr 1 in das die Konditionierung vornehmende Bauwerk geführt. Die in den durchströmenden Schlamm eintauchenden Platten 2 werden in Ultraschall-Frequenzschwingungen versetzt« Während des 10 Minuten lang dauernden Durchströmens wird der Schlamm vollständig zertrümmert und hierbei wird durch die Chemikalienzuführ-vorrichtung 3 das Koaguliermittel zugeführt. Dies ist bei dem Schlamm der biologischen Abwasserkläranlagen ein Metallsalz, vorteilhafterweise Aluminiumsulfat! bei chemisch behandeltem Schlamm ist es entweder im Schlamm enthalten oder vorteilhafterweise ein organisches Polyolektrolyt.

Die Ultraschallbehandlung gewährleistet innerhalb von einigen Sekunden die einwandreie Vermischung. Durch die Behandlung erwärmt sich der Schlamm auf eine Temperatur von etwa 70 °C. Die Erwärmung erhöht die desinfizierende Wirkung· Die durch die Ultraschallbehandlung hervorgerufenen Verdichtungen und Verdünnungen scheiden die in der Flüssigkeit in gelöstem Zustand vorhandenen Gase in der Form von .Blasen ab, die dann den flockigen Schlamm im Flotationsraum 4 zum Aufschwimmen bringen. Dieser wird durch das EntschliGkerband 5 durch das Rohr entfernt und der Schlamm gelangt unmittelbar auf das Schlammentwässerungsfilter oder bei Fehlen eines solchen auf das Schlammtrocken- -7 - beet« Die durch dos Rohr 7 aus f re tende Vi/asse rphase ist in die Vorklärbecken zurückzuführen.

Grundlegende Vorteile der Erfindung: - kurze Aufenthaltsdauer# geringer Volumen- bzw. Platzbedarf, - Erhalt eines desinfizierten Schlammes, der für landwirt“ echaftliche Zwecke unbeschränkt (auch in Gärtnereien) verwendet werden kann, - der Dungwert wird durch das Verfahren nicht vermindert,' - preiswerte Konditionierungsmittel können verwendet werden (z. B. Aluminiemsulfat), - die Ultraschallbehandlung gewährleistet auch ohne ein Chemikalienrühiwo-jk eine intensive Chemikalienvermischung, - zufolge der sc-hallen und intensiven Vermischung ergibt sich ein w i r t έί α i' .ältlicher Chemikalien va r brauch, - hoher Trockengehalt des Flotationskonzentrate (ca, 10%), die Kapazität des Schlammfilters bzw. Trockenbeetes kann 0 gut ausgenutzt werden, - kurzzeitige Enargiazufuhr (10 Minuten, bei Pastörisieren 30 Minuten), - die Flotationsphuetmtrennung kann ohne Luftzufuhr erreicht werdenj - der Gehalt der Wüüöorphase an organischen Stoffen ist geringer als bei dom thermischen (Porteus-Von Roll) Schlammkonditiuiiiwrimgsverfahren, das dan Zsllensaft ebenfalls freiaibt«

Die versuche wurden mit zwei verschiedenen Schlamm- - 8 —

Sorten vorgenommen : 1« Mit dem überschüssigen Belebtschlamm der biologischen Abwasserkläranlage in Südpest (Schlammkonzentration 21,9 g/lit) 2« Mit dem nach Füllung des vorabgesstzten Abwassers der i

Abwasserreinigungsanlage in Südpest mit kristallinem Aluminiumsulfat (A12vS0^)3 . 18 HgO) mit einer Dosierung von 200 mg/Lit. entstandenem chemisch behandeltem Schlamm (Schlammkonzentration 10,5 g/Lit.).

Die Ultraschallbehandlung wurde bei beiden Schlammsorten mit einem Labor-Ultraschallgerät vom Typ MSE (englisches Erzeugnis) vorgenommen. Die angewandte Frequenz betrug 20 kHz, die Amplitude der Schwingungen 7,3 ^um. Infolge der Behandlung verminderte sich die kapillare Filtrationszeit (capillary suction time) des Schlammes in bedeutendem Maße.

Da zwischen der kapillaren Filtrationszeit und dem spezifischen Filtrationswiderstand eine Korrelation besteht, folgt daraus, daß auch der Filtrationswiderstand in großem Maße zurückging (Malina,' O.F.O.î èludge Filtration and Sludge Conditioning,· fig, 213, p, 386,

Water Quality Improvement by Physical and Chemical Processes III. 1970).

Die zu Beginn 213 Sekunden betragende kapillare Filtrationszeit des Belebtschlammes wurde durch Ultraschallbehandlung und auf den Schlammtrockengehalt bezogen 15,2 %-ige Zugabe von wasserfreiem Aluminiumsulfat auf 46 sec vermindert.

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Die zu BagLnn 32 Sekunden betragende kapillare

Filtrationezeit dee mit Chemikalien behandelten Schlammes * verminderte eich schon auf Einwirkung der Ultraschallbehandlung auf 11 Sekunden, mit der Zugabe von auf den Trocken* gehalt bezogen 0,95 %-igem Polyelektrolyt (Praestol 444 K) hingegen bereits auf 8 Sekunden«

Die durch die Ultraschallbehandlung herbeigeführte Verminderung der Bakterienzahl wurde in Abwasserschlamm und in einer besonders widerstandsfähigen sporenbildenden ’ Bakterienkultur (Bacillus genus) in gleicher Weise unter sucht und dabei feetgestellt, daß dem zu Beginn schnallen Rückgang nach Ablauf von 10 Minuten nur mehr eine unwesent-

M

liehe Änderung folgte und dies sowohl bei Bakterien mit einem Wärmeoptimum von 20 °C als auch bei solchen mit einem Wärmeoptimum von 37 °C (zu den letzteren gehören die Pa« togene)* In Abhängigkeit von der spezifischen Energie- 4 zufuhr war der Rückgang der Bakterienzahl ein 10 bis 10 -fâcher, nach einer 30 Minuten langen Pastörieierung der Schlammproben bei einer Temperatur von 70 °C jedoch 4 lediglich ein 10 -fâches.

Claims (5)

1. Schiaminkonditionierungsverfahren« dadurch gekennzeichnet , daß der aus den Abwasser-reinigungs-, Wasseraufbereitungs-, bzw. spezialisierten Tierhaltungsanlagen kommende Schlamm durch Ultraschallbe- J u handlung (2) zertrümmert« die dem Schlamm zugegebenen Konditionierungschemikalien (3) durch die gleiche Ultraschallbehandlung (2) eingemischt« dis festen Teile des Schlammes durch die infolge der Ultraschallbehandlung ent-1 stehenden Gas- bzw·,Luftblasen durch Flotation zum Aufschwimmen gebracht (4) abgeschieden werden und das Verfahren auch eine mit hohem Wirkungsgrad erfolgende Desinfizierung des Schlammes bewirkt·

2. Aufgrund des Verfahrens nach Anspruch 1 verwirklichte Einrichtung dadurch gekennzeichnet, daß darin die Zeitdauer der Ultraschallbehandlung 10 Minuten« die Zeitdauer der Flotation 5-10 Minuten beträgt·

3· Aufgrund des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 verwirklichte Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Schlamm einer biologischen Abwasserreinigungsanlage zugebende anorganische Mittel vorteilhafterweise* Aluminiumsulfat ist·

4. Aufgrund des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 verwirklichte Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Schlamm der chemischen Kläranlagen bzw· Filter zuzugebende Mittel ein organisches Polyelektrolyt ist. - 11 -

5. Verfahren nach Anspruch X und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Konditioniermittel dee chemisch behandelten Schlamme8 bereite ureprünglich im Schlamm enthalten ist* \ f