NO153451B - Anordning for kjemisk kondisjonering av slam, samt anvendelse derav. - Google Patents

Abstract

nordning og anvendelse derav for kjemisk kondisjonering av slam (overføring til filtrerbar tilstand), bestående av to sylindriske beholdere (A og B) hvis øvre deler er forbundet med hverandre ved hjelp av et tangensialt anordnet overløpsrør (3). Over den første beholders (A) bunn er et innløpsrør (1) for slammet tangensialt anordnet, og tangensialt i forhold til dette er et innføringsrør (2) for et flokkuleringsmiddel anordnet. Tangensiale innfringsrr (4,5) for et nøy-tralisasjonsmiddel og eventuelt et flokkuleringshjelpemiddel munner tangensialt ut i overløpsrøret (3) mellom de to beholdere (A og B). Det kondisjonerte slam forlater den annen beholder (B) gjennom et utløpsrør (7). som er anordnet tangensialt over dens bunn.Anvendelse av apparatet for kondisjonering av slam med jern(III)-klorid-sulfat som flokkuleringsmiddel og med et nøytralisasjonsmiddel for det flokkuleringsmiddel-tilsatte slam er krevet.

Description

Mengden av råslam som utskilles i klaringsanlegg,viser stigende tendens. Slammene stammer for det meste fra kommunal og industriell kloakk.

Vanlige råslam er sterkt vannholdige, og deres tørr-stoffinnhold ligger gjennomsnittlig ved 2-10 vekt%, som oftest ved 4-6 vekt%. Før de deponeres må derfor en avvanning foretas.

Den hittil vanlige naturlige avvanning av slam ved avleiring på tørkeområder med stor overflate eller lager-plasser etc. er vidtgående blitt erstattet av den maskinelle slamavvanning, hvor fortrinnsvis statiske metoder, som filtrer-ing med filterpresser (som gir høye tørrstoffinnhold og fast-stoff -fattige filtrater) eller med håndpresser hhv. rotasjons-filtere,anvendes, men hvor også dynamiske metoder, som vann-utskillelse ved hjelp av sentrifugalkraft i sentrifugalse-paratorer (dekanteringssentrifuger) eller hydrosykloner, finner anvendelse.

Slam er alt efter opprinnelsen sterkt forskjellig sam-mensatt, og er kolloidale til grovdispergerte systemer i av-hengighet av deres fysikalske-kjemiske struktur.

Sammensetningen og evnen til å binde vann og derved

også den mengdemessige andel av mellomroms-, vedheftnings-, kapillær- og innvendig vann i slammet varierer alt efter typen og andel av primærslam ( for-klaringsslam) og sekundær-slam (overskuddsslam fra aktiveringen) og dessuten alt efter typen av den anaerobe eller aerobe stabilisering og inn-holdet av industrislam.

Den maskinelle slamavvanning er derfor et sentralt fremgangsmåtetrinn ved behandlingen av slam. Det er et mål å oppnå en mest mulig vidtgående avvanning for å redusere det slamvolum som må bearbeides, forbedre konsistensen og å spare energiomkostninger ved forbrenningen av slam hhv. transport- og deponeringsomkostninger ved lagringen.

Det tilstrebes vanligvis ved en kortest mulig pressetid å oppnå en anrikning av slammets tørrstoffinnhold fra

5 vekt% til 35-50 vekt%.

For avvanningen er det nødvendig å "kondisjonere" slammet, dvs. å underkaste slammet en termisk eller kjemisk behandling, hvorved den kolloidale tilstand nedbrytes, en fnokkdannelse inntrer og slamsuspensjonen omvandles til filtrerbar tilstand. Uten forutgående kondisjonering er det ikke mulig ytterligere å avvanne slammet som utskilles i klaringsanlegg.

De optimale kondisjoneringsbetingelser må hver gang fastslås ved hjelp av forsøk og velges slik at det ved den påfølgende slamavvanning, f.eks. i en filterpresse, dannes en kompakt, jevnt gjennomfuktet filterkake med et tørrstoff-innhold av minst 35 vekt% som i løpet av en kortest mulig pressetid lett kan fjernes fra hulrommene mellom pressens filterplater.

I praksis vanlige kondisjoneringsanlegg for slam består for det meste av en blandingsbeholder.med et innvendig volum av 1-5 m og forsynt med et røreverk og til-svarende tilførselsledninger for tilslagsstoffene.

Som kondisjoneringsmiddel for slam blir som oftest uorganiske flokkuleringsmidler (av og til også betegnet som "fellingsmidler")/ som kloridene og sulfatene av aluminium og jern, benyttet som praktisk talt alltid anvendes i kom-binasjon med et nøytralisasjonsmiddel (fortrinnsvis kalkhydrat).

Som regel tilsettes først flokkuleringsmidlet og derefter nøytralisasjonsmidlet til slammet. Eventuelt kan dessuten høymolekylære, organiske flokkuleringshjelpemidler, som f.eks. polyacrylamider, tilføyes. Det antas at først ved tilsetningen av det uorganiske flokkuleringsmiddel nedbrytes slammets kolloidale tilstand og en primær flokkulering inntrer. Kalkhydratet som derefter tilsettes j. form av en suspensjon, øker da slammets pH-verdi, bevirker en økning av fnokkenes størrelse og tjener senere som støtteskjelett i filterkaken.

Når jern (III)-klorid-sulf at (FeClSO^) anvendes sem er meget virksomt som flokkuleringsmiddel ved rensing av avvann og opparbeidelse av vann, kan tekniske vanskeligheter opptre ved kondisjoneringen av en lang rekke slam ved at når slammet utsettes for den påfølgende trykkfiltrering, f.eks.

i en kammerfilterpresse, fås for svake filterpresskaker,

dvs. kaker med for lavt tørrstoffinnhold, som det er van-skelig videre å håndtere. (H.^G. Klostermann: Berichte der Abwassertechnischen Vereinigung e.V. (1979), Nr. 31, s. 173-180) .

Det viste seg at de for slamavvanningsanlegg hittil vanlig anvendte entrinns-kondisjoneringsinnretninger for det meste ikke er egnet for anvendelse av jern (III)-klorid-sulfat, formodentlig fordi den i handelen vanlig forekom-mende, konsentrerte, vandige oppløsning av FeClSO^ har en densitet og viskositet som er så forskjellige fra disse egenskaper hos slammet at blandingen finner sted forholds-vis langsomt. Alt efter konstruksjonen av innretningen vil således slammet og jern(III)-klorid-sulfatoppløsningen frem-deles ikke være kvantitativt blandet med hverandre før nøy-tralisas jonsmidlet tilsettes. Ofte fås også da heller ingen tilfredsstillende gjennomblanding når jern(III)-klorid-sul-fatoppløsningen innføres allerede i råslammets ledning før råslammet kommer inn i blandeapparatet. Dertil kommer at de røreverk som som oftest er tilstede i vanlige anlegg, innvirker uheldig på den påfølgende vekst av fnokkene.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en anordning for kjemisk kondisjonering av slam, spesielt for anvendelse av jern(III)-klorid-sulfat som flokkuleringsmiddel.

Anordningen ifølge oppfinnelsen er særpreget ved at den består av to efter hverandre koblede sylindriske beholdere hvis øvre deler er forbundet med hverandre ved hjelp av et overløpsrør anordnet tangensialt i forhold til deres sylinderflater og forsynt med en fraskillbar forbindelse, idet det over den første beholders bunn og tangensialt i forhold til dens sylinderflate er anordnet et innløpsrør for slammet og tangensialt til dette innløpsrør et innføringsrør for en opp-løsning eller suspensjon av et flokkuleringsmiddel,og idet to ytterligere rør munner tangensialt ut i overløpsrøret mellom beholderne og gjennom hvilke rør en oppløsning eller suspensjon av et nøytralisasjonsmiddel og/eller en oppløsning eller suspensjon av et flokkuleringshjelpemiddel kan innføres, og idet det over den annen beholders bunn og tangensialt i forhold til dens sylinderflate er anordnet et utløpsrør for det kondisjonerte slam.

Beholdernes innvendige volum er i almin-nelighet diktert av slampumpens ytelse og av tilslagsstof-fenes mengde. Det innvendige volum for den annen beholder er fortrinnsvis større enn for den første beholder fordi væskestrømmen i den annen beholder er større enn i den første beholder. Således kan f.eks. den første beholders innvendige volum være 20 1 og den annen beholders 28 1 og forholdet mellom begge beholderes innvendige høyde og innvendige diameter være 1,4-2,1.

En foretrukken utførelsesform av anordningen består i at innføringsrørene for oppløsningen eller suspensjonen av flokkuleringsmidlet, nøytralisasjonsmidlet og/eller flokkuleringshjelpemidlet kan være forsynt med rørinnsatser med forskjellig tverrsnitt. Derved er det mulig ved forskjellig slamtilførsel å holde strømningshastigheten for de forskjellige tilslagskomponenter praktisk talt konstant. Anordningen j^an suppleres, f. eks. ved opptak av en innretning for å styre pH-verdien.

Anordningen ifølge oppfinnelsen (kondisjoneringsblande-anordning) er vist i form av et sideoppriss og et horisontal-riss på hhv. Fig.1 og 2.

Gjennom et innløpsrør 1 som er anordnet over en beholders A bunn og tangensialt i forhold til dens sylinderoverflate, blir slammet som skal kondisjoneres, innført i beholderens A nedre del. Et innføringsrør 2 er anordnet tangensialt i forhold til innløpsrøret 1 og anvendes for innføring av en oppløsning hhv. suspensjon av et flokkuleringsmiddel i slammet. De to væskestrømmer beveger seg spiralformig oppad i beholderen A under intens blanding. I et overløpsrør 3

som tangensialt forbinder de øvre deler av beholderne A og B med hverandre, munner innføringsrør 4 og 5 ut tangensialt gjennom hvilke en oppløsning eller suspensjon av et nøy-tralisas jonsmiddel og/eller en oppløsning eller suspensjon av et flokkuleringsmiddel kan innblandes i slammet før slammet kommer tangensialt inn i beholderen B via overløpsrøret 3 som er forsynt med en fraskillbar forbindelse, f.eks. en flensforbindelse 6, idet slammet i beholderen B under ytterligere intensiv blanding av bestanddelene beveger seg spiralformig nedad og forlater beholderen B som et nu homo-

gent, kondisjonert slam gjennom et utløpsrør 7.

Som regel blir, som beskrevet ovenfor, flokkuleringsmidlet gjennom innføringsrøret 2 og nøytralisasjonsmidlet gjennom røret 4 eller 5 dosert inn i slammet, men omvendt kan også nøytralisasjonsmidlet innføres gjennom røret 2 og flokkuleringsmidlet gjennom røret 4 eller 5.

Anordningen ifølge oppfinnelsen er vesentlig mindre sammenlignet med vanlige apparater, og den er enklere og materialmessig rimeligere.a fremstille og trenger intet røreverk. Den. kan lett transporteres og monteres.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kan anvendes for kondisjonering av praktisk talt alle typer slam med et hvilket som helst ønsket flokkuleringsmiddel. Den; fører spesielt til en forbedret økonomi ved den samlede slamopparbeidelse ved at de slam som er blitt kondisjonert i anordningen,direkte kan overføres til filterpressen og allerede efter en kort pressetid gi filterkaker med høyt tørrstoffinnhold.

Anordninge<n> er spesielt egnet for anvendelse av jern(III)-klorid-sulfat som flokkuleringsmiddel. Dette kan anvendes i form av en vandig oppløsning med en konsentrasjon av 30-45 vekt% FeClS04. Alt efter typen av slam kan det være for-delaktig å fortynne jern(III)-klorid-sulfatoppløsningen med vann til en konsentrasjon av 10-35 vekt%, fortrinnsvis 20-30 vekt%, FeClS04 før slammet tilsettes, og dette kan gjøres f.eks. kontinuerlig i et forblandeapparat. Derved blir de forskjeller som foreligger mellom jern(III)-klorid-sulfatopp-løsningen og slammet hva gjelder densitet og viskositet gjort mindre, og blandingen blir påskyndet. Efter flokkuleringsmidlet tilsettes kalkhydrat til slammet som n.øytrali-sasjonsmiddel, f.eks. i form av en suspensjon med en konsentrasjon av 7-15 vekt%, fortrinnsvis 10 vekt%, CaO^/ og pH blir innstilt på 10-12,5 slik at makrofnokker kan dannes.

Det er av vesentlig betydning at tilblandingen av jern(III)-klorid-sulfatet og kalkhydratet til slammet ut-føres på intensiv måte og i løpet av den kortest muligeopp-holdstid i blandeapparatet uten at hjelpemidler,f .eks. røre-verk anvendes for dette som på grunn av en vesentlig lengre mekanisk påkjenning innvirker uheldig på veksten av fnokkene. Dette oppnås ved den tangensiale innføring av alle kom-ponenter i blandeapparatet, hvorved spiralformige strøm-ninger oppstår som sikrer en hurtig gjennomblanding.

Slammets midlere oppholdstid, beregnet fra innløpet

i beholderen A til utløpet fra beholderen B, skal være 4-10 s, fortrinnsvis 6-8 s. Ved en pumpeytelse på 20 m 3/h råo slam og en dosering av 3,8 m 3/h av en 10 vekt%-ig kalk-hydratsuspensjon er oppholdstiden f.eks. 7,8 s, idet slammet allerede ved utløpet fra beholderen A, dvs. efter 3,6 s,

er blandet intensivt med flokkuleringsmidlet.

.For at kondisjoneringen skal bli optimal er det nød-vendig at oppløsningens hhv. flokkuleringsmiddelsuspensjonens strømningshastighet ved innløpet i slammet og slammets strømningshastighet i innløpsrøret til beholderen A, i over-løpsrøret mellom beholderne A og B og i utløpsrøret fra beholderen B og dessuten i beholderne A og B som sådanne ligger innenfor visse områder. Således skal jern(III)-klorid-sulfatoppløsningens strømningshastighet ved innløpet i slammet 1 utgjøre 1-10 m/s, fortrinnsvis 2-5 m/s. Slammets strømningshastighet skal i innløpsrøret til den første beholder A, i overløpsrøret mellom de to beholdere A og B og i utløpsrøret'fra den annen beholder B ligge mellom 1 og 3 m/s, fortrinnsvis mellom 1,3 og 2,5 m/s. Spesielt bør slammets strømningshastighet i beholderne A og B, basert på deres innvendige tverrsnitt, være under 0,3 m/s, fortrinnsvis 0,08-0,2 m/s.

Dersom den overskrider en verdi av 0,3 m/s, oppstår for sterke skjærkrefter, hvorved fnokkenes vekst uheldig påvirkes og tungt filtrerbare slam dannes. Den foreliggende anordning gjør det mulig å viderebehandle det kondisjonerte slam umiddelbart efter at det har forlatt blandeapparatet, f.eks. i en kammerfilterpresse. Ved hjelp av denne kontinuerlige arbeidsmetode unngås dannelse av ut-fellinger, f.eks. gips, som av og til opptrer i vanlige blandeapparater ved tilsetning av sulfatholdige flokkuleringsmidler og som på grunn av tilstopping av filterduk kan føre til forstyrrelser ved presseprosessen.

Anvendelsen av anordningen ifølge oppfinnelsen for å kondisjonere slam byr ved anvendelse av jern(III)-klorid-sulfat på de følgende fordeler sammenlignet med kondisjonering 1 et vanlig blandeapparat, uaktet om det der anvendes jern (III)-klorid eller jern(III)-klorid-sulfat som flokkuleringsmiddel : Et lavere spesifikt forbruk av jernsalt (beregnet som Fe) og et lavere forbruk av Ca(0H)2 (begge beregnet pr. m<3 >Slam), en vesentlig kortere oppholdstid i blandeapparatet,

en kortere pressetid i filterpressen og et høyere tørrstoff-innhold i filterkaken.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet ved hjelp av de nedenstående eksempler.

Eksempel 1

Et råslam (utgjæret klaringsslam med 20% sekundærslam-andel) med et tørrstoffinnhold av 4,4 vekt% ble ved hjelp av en slamtransportpumpe i form av en strøm på 25,0 m /h pumpet gjennom innløpsrøret 1 og inn i beholderen A som hadde et innvendig volum av 20 1. Gjennom innføringsrøret 2 hvis utløpsåpning var innsnevret til en innvendig diameter av 6 mm, ble i slamstrømmen 229 l/h av en vandig oppløsning av jern(III)-klorid-sulfat innført, hvis konsentrasjon var 21,1 vekt% FeClS04 ( = 256 g FeClS04/l), svarende til en dosering av 9,16 1 FeClSO.-oppløsning (21,1 vekt%-ig) pr. m slam. Det spesifikke forbruk av FeClSO4 . ut3trykt som Fe, kunne fra dette beregnes til 0,70 kg Fe/m slam. Efter at blandingen hadde passert gjennom beholderen A, ble 3,7 m 3/h av en vandig suspensjon av kalkhydrat hvis konsentrasjon var 10 vekt% Ca(OH)2,tilført til blandingen i overløpsrøret 3 via innføringsrøret 4. Forbruket av kalkhydrat, uttrykt som Ca(OH)2, utgjorde 14,8 kg/m slam, og det kondisjonerte slams pH var 12,2. Det kondisjonerte slam strømmet nu gjennom beholderen B som hadde et innvendig volum av 28 1, og forlot denne via utløpsrøret 7 efter en oppholdstid i blandeapparatet av tilsammen 6,3 s.

Ved den påfølgende pressing i en kammerfilterpresse

ble en fast, lett fjernbar presskake med et tørrstoffinn-hold av 39-43 vekt% erholdt efter en pressetid på 55 min.

(flere forsøk), og presskaken kunne håndteres uten vanskeligheter, dvs. stables, transporteres og deponeres. Strømningshastigheten for jern(III)-klorid-sulfatoppløs-ningen da den kom inn i slammet, var 2,2 m/s, og slammets strømningshastighet i innløpsrøret til beholderen A var 1,4 m/s og i overløpsrøret mellom beholderne A og B (efter tilsetning av kalkhydratsuspensjonen) og dessuten i ut-løpsrøret fra beholderen B .1,6 m/s. Slammets strømnings-hastighet i beholderen A var 0,14 m/s og i beholderen B

0,11 m/s, begge basert på beholdernes innvendige tverrsnitt.

Eksempel 2 (Sammenligningseksempel med vanlig kondisjoneringsblandeapparat)

Råslam med den samme sammensetning som i eksempel 1

ble ved en pumpeytelse av 17 m 3/h slam behandlet i et vanlig kondisjoneringsblandeapparat med en omrørt beholder med en kapasitet på 4 m 3 med 245 l/h av en jern(III)-klorid-sulfatoppløsning hvis konsentrasjon var 26,2 vekt% PeClS04 (= 336 g FeClS04), svarende til en dosering av 14,4 1 FeClS04-oppløsning (26,2 vekt%-ig) pr. m<3> slam.

Det spesifikke forbruk av FeClSO.. uttrykt som Fe,

kunne fra dette beregnes til 1,44 kg Fe/m 3 slam. Dessuten ble en vandig suspensjon av kalkhydrat med en konsentrasjon av 10 vekt% Ca (OH)9 i en mengde av 3,7 m 3/h, svarende til en tilsetning av 21,8 kg Ca(OH)2/m 3slam, innført i slammet 500 mm nedstrøms i forhold til tilførselsstedet for FeClS04~ oppløsningen. Det kondisjonerte slams pH var derefter 12,3, og slammets oppholdstid i det vanlige blandeapparat under kondisjoneringen var 11,5 min.

Efter pressetiden på 90-120 min. (flere forsøk) ble presskaker erholdt med lavere fasthet enn ifølge eksempel 1 som delvis klebet til filterdukene og hvis tørrstoffinnhold bare var 33 vekt% og som bare med vanskeliqhet kunne håndteres .

Eksempel 3 (Sammenligningseksempel med jern(III)-klorid-oppløsning) '

I det vanlige apparat som beskrevet i eksempel 2 ble råslam med den samme sammensetning som ifølge eksemplene 1 og 2 behandlet ved en pumpeytelse av 18 ra 3/h slam med 90 l/h av en jern(III)-kloridoppløsning hvis konsentrasjon var 40,5 vekt% FeCl.. (= 580 g FeCl,/l) , svarende til en dosering av 5,0 1 FeCl^-oppløsning (40,5 vekt%-ig) pr. m 3 slam. Det spesifikke forbruk av FeCl~, uttrykt som Fe, kunne fra dette beregnes til 1,0 kg Fe/m slam.

Dessuten ble en vandig suspensjon av kalkhydrat med

en konsentrasjon av 10 vekt% Ca(0H)9 i en mengde av 3,7 m 3/h, svarende til en tilsetning av 20,6 kg Ca(OH)3slam, inn-ført i slammet 500 mm nedstrøms i forhold til tilførsels-stedet for FeCl^-oppløsningen. Det kondisjonerte slams pH var derefter 12,3, og slammets oppholdstid i det vanlige blandeapparat under kondisjoneringen var 11,0 min.

Efter pressetider på 90 min. (flere forsøk) ble faste, lett fjernbare og håndterbare presskaker med et tørrstoff-innhold av 35-40 vekt% erholdt.

Claims (4)

1. Anordning for kjemisk kondisjonering av slam, karakterisert ved at den består av to efter hverandre koblede sylindriske beholdere (A og B) hvis øvre deler er forbundet med hverandre ved hjelp av et over-løpsrør (3) anordnet tangensialt i forhold til deres sylinderflater og forsynt med en fraskillbar forbindelse (6), idet det over den første beholders (A) bunn og tangen sialt i forhold til dens sylinderflate er anordnet et innløpsrør (1) for slammet og tangensialt til dette innløpsrør et innføringsrør (2) for en oppløsning eller suspensjon av et flokkuleringsmiddel, og idet to ytterligere rør (4) og (5) munner tangensialt ut i overløpsrøret mellom beholderne (A) og (B) gjennom hvilke rør en oppløsning eller suspensjon av et nøytralisasjonsmiddel og/eller en oppløs-ning eller suspensjon av et flokkuleringshjelpemiddel kan innføres, og idet det over den annen beholders (B) bunn og tangensialt i forhold til dens sylinderflate er anordnet et utløpsrør (7) for det kondisjonerte slam.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den annen beholders (B) innvendige volum er større enn den første beholders (A).

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at innføringsrørene for oppløsningen eller suspensjonen av flokkuleringsmidlet, nøytralisasjonsmidlet og/eller flokkuleringshjelpemidlet er forsynt med rørinnsatser med forskjellig tverrsnitt.

4. Anvendelse av anordningen ifølge krav 1-3 for kondisjonering av slam som er tilsatt jern(III)-klorid-sulfat som flokkuleringsmiddel.