SE2200128A1 - Metod för att utvinna Al- och Fe baserade koagulanter samt elementärt kol från kemslam - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en metod för att utvinna elementärt kol och Al- och/eller Fe- sulfat ur kemslam från vatten- och avloppsreningsverk i vilken torkat slam tillförs koncentrerad sva- velsyra i sådan mängd och utan extem vämetillförsel att svårlösliga trivalenta aluminium- och/eller jämhydroxider i slammet ombildas till lättlösliga metallsulfater samtidigt som orga- niskt bundet kol dehydrolyseras av syran till elementärt kol och vatten samt att blandningen av koncentrerad svavelsyra och malt torkat slam sker i ett första separat blandningssteg för att därefter i ett andra separat steg på ett transportband få reagera och genom vattenavdriv- ning expandera vid en högre temperatur och att kol som tillförts i aktiverad form i vattenre- ningsprocessens fallningssteg ingår som ett tillskott till det elementära kol som metoden ut- vunnit. I en särskilt föredragen utföringsforrn tillsätts vatten till blandningen som lämnar transportbandet varvid en slurry av olösligt kol och löst återvunnen koagulant bildas. Slurryn filtreras varvid två faser erhålls, i en fas ett filtrat innehållande löst koagulant och en andra fast fas innehållande kol. 16

Description

Metod fór att utvinna AI- och Fe-baserade koagulanter samt elementärt kol från kemslam.

Tekniskt område Föreliggande uppfinning avser en metodför att utvinna Al- och/eller Fe-baserade koagulanter samt elementärt kol ur kemslam baserad på sur hydrolys enligt ingressen till det oberoende kravet. Särskilt avser uppfinningen en metod där koncentrerad svavelsyra i ett första process- steg blandas med torkat slam och i ett andra separat steg reagerar och där värme från den exoterrna reaktionen avdriver i reaktionen bildat vatten samt att värmen återvinns, Uppfinningens bakgrund Kemisk fällning är allmänt förekommande vid rening av ytvatten för dricks- eller processvat- ten och rening av avloppsvatten. Dominerande fällningskemikalier är trivalenta aluminium- och järnsalter. Världsproduktionen (2020) av Fe- och Al-salter som används för kemisk fäll- ning av rå- och avloppsvatten var ca 15 000 000 ton/år, varav ca 10 000 000 ton utgjordes av Al-salter, då främsti form av aluminiumsulfat. Med sinande grundvatten, en ökande befolk- ning och industriproduktion kombinerad med pågående urbanisering ökar, behovet av rent vatten samtidigt som utsläpp av förorenat avloppsvatten måste minskas.

I tillägg till fällningskemikalier använder reningsprocesserna andra tillsatsmedel, såsom ex- empelvis aktivt kol. Sammantaget kräver rening av vatten stora mängder fällningskemikalier och tillsatsmedel som bildar stora mängder slam som måste omhändertas. Ett kvittblivnings- sätt kan vara att leda slammet tillbaka nedströms råvattenkällan vilket utgör ett hot mot det akvatiska livet. Ett annat är att samla upp slammet i dammar, där det får torka. Detta är en metod om ödelägger landområdet dit slammet leds. Ett vanligt sätt, och då främst i utveck- lade länder, är att deponera slammet på kontrollerade deponier eller att bränna det. Energiåt- gången för det senare är högt eftersom slammet har ett negativt vännevärde. Ytterligare ett sätt är att överföra slammet från vattenverk till avloppsreningsverk, vilket i praktiken betyder att man enbart flyttar problematiken. En orsak till att det sistnämda praktiseras kan vara att kvittblivningskostnaden för vattenverkslam ofta är högre än för avloppsslam. Att sprida kemslam på jordbruksmark är inte tillrådligt, då slammet inte innehåller substansiella mäng- der näringsämnen, utan kan få motsatt effekt då koagulantema i slammet binder befintligt fosfor i marken. F ormeln Meylaq) + 3 OH' (ag) = Me(OH)3 (S) visar den generella fällnings- processen i vilken fallningskemikalierna (i detta fall metallsulfater) tillförs vatten och bildar en utfällning av metallhydroxid förutsatt att OH-j oner finns i tillräcklig mängd i vattnet.. Ut- fällningen bildar flockar i vattnet vilka innesluter och adsorberar suspenderade och lösta or- ganiska ämnen. De bildade flockarna avskiljs genom exempelvis sedimentering, flotation och/eller filtrering. Det avskilda slammet innehåller dels de avskilda föroreningama, dels den vid tillsats av metallsaltet bildade hydroxiden. Vid avskiljning med sedimenteiing eller filtre- ring har det avskilda slammet vanligtvis en torrsubstanshalt (TS-halt) av < 1 %, medan flo- tation kan ge en TS-halt om 2-3 %. För att minska slamvolymen och därmed deponerings- kostnaden är det vanligt att slammet avvattnas. För slam med en låg ingående TS-halt är det också vanligt att en förförtjockning sker. Denna görs vanligtvis med en sedimenterings- eller flotationsförtjockare som minskar den slamvolym som skall avvattnas. Avvattningen är oftast mekanisk, dvs den görs exempelvis med hjälp av Centrifug, skruv-, silband- eller kammarfil- terpress. Det finns idag inte något resurseffektivt sätt att omhänderta kemslam. Det innebär att uppfinningen har en stor potential, eftersom den erbjuder marknaden en lönsam metod att återvinna nära 100 % av koagulanten och doserat aktivt kol samt omvandlar organiskt kol till elementärt kol utan att generera någon restprodukt. Ändamål med uppfinningen Ett ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla en kontinuerlig metod som ur kemslam utvinner elementärt kol vilket kan användas som biokol eller vidareförädlas till aktivt kol, kimrök eller användas som råvara vid andra industriella processer. Ett andra ändamål med uppfinningen är att samtidigt återvinna fällningskemikalier som kan återanvändas i rening av vatten. Detta innebär att processen inte genererar någon restprodukt. Uppfinningen löser såle- des det världsomspännande kvittblivningsproblem som kemslam utgör, samtidigt som den reducerar det ekologiska fotavtrycket.

Sammanfattning av uppfinningen Processen är uppdelad i 6 konsekutiva kontinuerliga steg.

StegI detta första steg torkas kemslammet företrädesvis efter avvattning. Vid avvattning av kemslam från vattenverk når man i regel en TS-halt av 15-20 %, medan man vid fällning av biologiskt renat och kemfällt avloppsvatten brukar nå 20-25 %. Den huvudsakliga orsaken till den låga TS-halten är att den nybildade hydroxiden i slammet är hydrofil och gelbildande. Det gör också slammet svårtorkat eftersom klumpar bildas, något som försvårar tillförd värme att spridas i slammassan. Då ökar torktiden och energiåtgången. För att reducera klumpbildning innefattar metoden företrädesvis att en delmängd av det torkade slammet blan- das med kemslammet före torkning.

Oaktat denna åtgärd kommer slamtorkningen att kräva energi. Den energi som processen krä- ver kan komma från sol, vind, vatten eller kämkraft för att vara koldioxidneutral. Spillvärrne från barkpannor inom massaindustrin eller annan spillvärme från värmekraftverk, cement- och glasindustri, etc kan även användas liksom vätgas eller biogas. Fördelen är här att spill- vännen som används kan ha en så låg temperatur som 80° C. För att reducera torkens extema värmebehov kan värrneåtervinning ur frånluften utnyttjas. Det torkade slammet bör ha en torrsubstanshalt nära 100 %, för att säkerställa hydratiseringen av det organiska kolet i slam- met.

StegI ett andra delsteg i uppfinningen mals det torkade slammet för att öka kontaktytan mellan slam och syra i det efterföljande blandningssteget. Det malda slammet skruvas till ett efter- följ ande steg.

StegDetta steg består av en blandningskammare till vilken koncentrerad (96-98 %) svavelsyra tillförs och inblandas.

Mängden tillförd syra doseras enbart i en sådan mängd att den svarar mot den mängd som åt- går för upplösning av metallhydroxiden i slammet, korrigerat för eventuell påverkan av andra buffrande ämnen. En blandning av syra/slam blir mycket fort extremt klibbi g och häftar där- för mot vanliga material, som exempelvis metall. Därför är alla större ytor som kommer i kontakt med den klibbiga blandningen belagda med polytetrafluoroethylene (PTFE). Klibbig- het kombinerat med avdrivning av ånga och gas leder till att blandningen kraftigt expanderar till 6-10 gånger sin ursprungliga volym. I en kontinuerlig process måste därför en effektiv och fullständig blandning av syra och slam ske innan blandningen börjar expandera vilket sker då temperaturen överstiger 100° C. Detta i sin tur innebär att uppehållstiden i blandning- skammaren skall anpassas så att temperaturen i kammaren vid utloppet från denna inte över- stiger 100° C och att blandningsintensiteten under samma uppehållstid ger en fiallständig blandning av syra/slam.

StegBlandningskammarens utlopp (steg 3) mynnar över ett ändlöst transportband, där den exo- terma hydrolysen sker vid en temperatur överstigande l0O° C. Bandet är liksom blandnings- kapparen belagd med PTFE. Den på bandet expanderade blandningen får färdigreagera och svalna, innan den skrapas av från bandet. Avskrapningsanordningen är placerad då bandet vänder, dvs på motsatt sida där blandningen från steg 3 läggs på bandet. Ånga som avgår från blandningen på bandet leds till en kondensor. Då den tillsatta syran lätt bildar azeotroper med det avdrivna vattnet, kan en förlust av syra uppstå. För att lösa problemet med syra- och till- hörande energiförlust, innefattar metoden företrädesvis att de azeotroper av vatten och sva- velsyra samt SOz, som avdrivs i reaktionen syra/slam, kondenseras och kondensatet blandas med kemslammet och/eller delmängden av det torkade slammet före torkningen. Detta ger möjlighet att återvinna värme i avdrivet vatten, samtidigt som den återförda syran bidrar till upplösningen av hydroxid. Vid syrainblandningen sker, parallellt med hydroxidupplösningen, en dehydratisering av organiska ämnen i slammet till elementärt kol. Båda reaktionerna bildar fritt vatten. Det fria vattnet kan helt eller delvis upptas som bundet vatten i den bildade me- tallsulfaten. Eventuellt återstående fritt vatten avdrivs vilket upprätthåller syrans koncentrat- ion och därmed dess dehydratiserande effekt. Då blandningen på bandet skrapas av har den reagerat, svalnat och håmat samtidigt som klibbigheten minskat. Reaktionsprodukten består nu av metallsulfat (återvunnen koagulant) och elementärt kol. Produkten kan användas som koagulant, då den det ingående kolet är inert, men kolet kommer då att ingå i slammet och därmed ökas slamproduktionen. Detta innebär att produkten inte kan recirkuleras i det re- ningsverk där koagulanten har återvunnits. Orsaken är att kolet då kommer att ackumuleras i det producerade kemslammet. Accumuleringsproblematiken löses dock i de efterföljande pro- cesstegen.

StegI ett femte steg tillsätts vatten under omröring till det hydrolyserade slammet som skrapats av från transportbandet. Den därvid erhållna slunyn kommer att innehålla lättlösliga metallsulfa- ter (koagulant), dehydratiserat olösligt elementärt kol och andra i syra svårlösliga substanser, som aktivt kol, som tillförts vid kemfällningen.

Steg 6 I det 6:te och avslutande steget separeras den slurry som bildats i det förgående steget i en löst och en fast fas. F öreträdesvis sker detta genom filtrering i ett bandfilter. Den lösta fasen innehåller den återvunna koagulanten och den fasta innehåller svårlöst kol. Då filtratet en- bart innehåller den återvunna koagulanten, ges möjligheten att direkt recirkulera denna i det reningsverk ur vars slam koagulan återvinns. Denna fördel uppnås genom att kolet avskiljs från koagulanteni processen. Det i filtrat avskilda kolet har en sådan renhetsgrad att det kan användas för andra ändamål än som bränsle. Ett sådant användningsområde är biolkol. Det kan också konverteras till aktivt kol eller kimrök. Vid aktivering till aktivt kol kan detta ske genom kemisk-, tennisk-, fotokatalytisk-, elektrokemisk- och biologisk behandling.

För att erhålla en rening med aktivt kol kan kolet tillföras i pulverform till kemfallningssteget. Kolet kommer då bland annat att absorbera lösta organiska föroreningar, som läkerrnedelsrester ur avloppsvatten eller dålig lukt och smak i dricksvatten. Det vid kemfallningen avskilda kolet kommer att återfinnas i den fasta fas som avskiljs i bandfiltret tillsammans med det vid återvinningsprocessen bildade elemetära kolet.

Reglerparametrar Företrädesvis innefattar metoden att slammets TS- , TOC- och metallhalt mäts. Detta är para- metrar som normalt varierar mellan olika reningsverk och även i samma verk över tid. Före- trädesvis innefattar metoden att en eller flera av följande parametrar regleras: a) inmatad mängd avvattnat slam. b) temperatur i torksteget. c) luftflöde till torksteget. d) delmängd återfört torkat slam, e) tillförd mängd syra till inblandningssteget, f) tillförd mängd torkat och malt slam till inblandningensteget. g) temperaturi inblandningssteget h) omrörarhastighet i inblandningssteget h) bandhastighet i reaktorsteget. i) mängd vatten tillfört till upplösningstanken. j) mängd tvättvatten tillfört till filtersteget och återfört till upplösningstanken.

Kemiska reaktioner Formel 1 visar reaktionen mellan den utfallda metallhydroxiden och tillförd svavelsyra 2 MG(ÛH)3(S) + 3 H2SÛ4(aq) = MG2(SÛ4)3(S) + Öflïzøkavafiva/uppmgen- Formel 2 visar exempel på den hydrolys av organiska ämnen till elementärt kol som sker då koncentrerad (96-98 vikt %) svavelsyra tillförs (C6H10O5)n = n X C6 (s)+ n X 5 H2O(avdrivet/upptaget) Formel 3 visar lakning med vatten: MC2(SO4)3(S) "l" 11 X Có (S) + y X H2Û(aq) = 2 Meæïaq) "l" 3 (SOÛZ-(aq) "l" Il X 6 C (S) + y X H20(aq) Reaktionen (formel 1) då metallhydroxid övergår till metallsulfat påverkas ej av syrans kon- centration. Syrans dehydrolyserande egenskap (formel 2) minskar med minskad koncentrat- ion. Det fria vattnet som bildas vid hydrolysen måste därför avskiljas vilket sker då tempera- turen > 100°C och bildat vatten avdrivs. Relationen mellan metallhalt och syra är stökiomet- risk (1), medan den mellan organiskt kol och syra varierar beroende på slammets ursprung - exempelvis av humus från vattenverk, lignin från pappersindustrin etcetera. Beräkningarna i exemplen 1-3 nedan utgår från att förhållandet mol vatten/mol bildat kol är 5/6 och att kolhal- ten baseras på analys av TOC (Total Organic Carbon) i det torkade slammet. Syratillsatsen är baserad på analys av metallhydroxhalten korrigerad för närvaron av andra ämnen som kan ge slammet en buffrande effekt.

Exempel 1: Torkat slam innehållande l ton Fe motsvarande ca 18 kmol: Enligt formel 1 kräver 1 ton Fe (18 kmol) i slammet: 18 kmol Fe x 3/2 x 98 (molvikt syra) = 2,6 ton konc. H2SO4 för att bilda Fe2(SO4)3 + 6 (H20). Utgående från att inget vatten binds till sulfaten beräknas mängden vatten som skall avdrivas till 6/2 x 18 kmol =54 kmol H20 = 0,972 ton. Om man antar att en mol jämsulfat binder 4 mol vatten, dvs 18 kmol x 4 = 72 kmol. 72 kmol vatten = 1,296 ton, innebär detta att ytterligare 1,296 - 0,972 ton = 0,324 ton vatten kan bindas till jämsulfaten.

Exempel 2: Torkat slam innehållande 0,5 ton Al eller ca 18 kmol: Ur flockningssynpunkt måste man viktmässigt dosera dubbelt så mycket jäm som aluminium för att erhålla samma teoretiska reningseffekt. Detta beror på skillnaden i molvikt (Fe = 56, Al = 27). Beräkningama blir därför i övrigt desamma som för 1 ton jäm dock med den skill- naden att 18 mol A1 binder dubbelt så mycket vatten som Fe eller 18 x 8 mol vatten = 144 mol dvs 2,592 ton. Detta innebär att ytterligare 2,592-0,972 ton = 1,620 ton vatten kan upptas som bundet till aluminiumsulfaten.

Exempel 3: Dehydrolyseringen av organiska ämnen i torkat slam: Data visar att 1 ton trivalent Fe, alternativt 0,5 ton Al, kan binda 2/3 ton TOC, dvs 56 kmol C. Samtidigt bildas vid dehydrolysen 56 kmol C x 5/6 = 47 kmol H20 = 856 kg. Ångbildningsvännen för vatten vid 1 atm är 2 260 x 103 kJ/ton eller 630 kWh/ton Samtidigt bidrar den tillförda koncentrerade syran då den dissocieras till HSO4 ' + H* med 72 kJ/mol eller 206 kWh/ton syra. 2,6 ton syra skulle därmed bidra med 536 kWh.

I exempel 1 (Järn) kan ytterligare 0,324 kg vatten bindas till järnsulfaten, vilket innebär att 856-324 = 532 kg vatten måste förånga. Till detta åtgår 630 x 0,532 = 335 kWh.

Samtidigt producerar den exoterma reaktionen vid syratillsatsen 536 kWh, dvs ett överskott på 536-335= 201 kWh. Denna energi förbrukas vid temperaturhöjningen av det syrabehand- lade slammet och vid avdrivning av bundet vatten. Dock återvinns stora delar av energin i kondensatorn.

I exempel 2 (Aluminium) kan ytterligare 2,1 ton bindas till aluminiumsulfaten, dvs ingen energi behövs för avdrivning av fritt vatten. Samtidigt producerar den exoterma reaktionen vid syratillsatsen 536 kWh. Denna energi förbrukas vid temperaturhöjningen av det syrabe- handlade slammet och vid avdrivning av bundet vatten.

Vid det sura förhållandet och den temperatur som råder nedbryts eventuella toxiska organiska substanser och läkemedelsresteri slammet samtidigt som en partiell aktivering av kolet sker.

Exempel 4: Försök i bägarskala med återvunnen koagulant. Koagulantåtervinningsförsök har gjorts i batchskala om 2-3 kg torkat slam omfattande 3 olika slamtyper från vattenverk och industri. Slammet har genererats vid kemisk fallning med Al- och Fe-koagulanter. Det filtrat innehållande återvunnen koagulant (metallsulfat), har därefter använts i försöken.

De tre olika slamtypema var följ ande: 1. Kemslam från fällning av råvatten med jämklorid vid Sydvatten Stehags vattenreningsverk 2. Kemslam från fällning av biologiskt renat avloppsvatten med aluminiumsulfat (AVR) vid Holmen Iggesunds P&P 3. Kemslam från fällning av råvatten med aluminiumsulfat vid Norrvattens vattenrenings- verk.

Resultaten nedan visar metodens funktionalitet. SVOA (Stockholm Vatten och Avlopp) har dessutom gjort separata/oberoende laboratorieförsök där Al-koagulant ur slam från Lovöns vattenverk i Stockholm har återvunnits enligt metoden. Därefter har gjorts fallningsförsök med den återvunna koagulanten på biologiskt renat avloppsvatten från Henriksdals renings- verk i Stockholm. Enligt SVOA's rapport: “Utspädd och filtrerad återvunnen aluminium av- skiljer organiskt material och fosfor i samma storleksordning som kommersiella produkter”. 1. Fällningsförsök på avjoniserat vatten. Dessa försök har gjorts för att fastställa hur mycket TOC och tungmetaller som inte medfalls, dvs om koagulanten ger ett försämrat reningsresultat jämfört med de ”rena” koagulanter som marknaden erbjuder för dricksvattenrening.

Analysema avser filtrerat prov på kemfallt vatten där omräkning skett för fällning med 1 g Al/m3 (Vid fallningsförsöket med Fe har en omräkning skett mol Al/mol; faktor 27/56= 0,48). 1. Filtrat från ”Stehag” 2. Filtrat från ”Iggesund” 3. Filtrat från ””Norrvatten”” Fällning (justerat med lut till Fällning (justerat med lut till F ällning (justerat med lut till 5,7) 6,0) med filtrat. 6,0) med filtrat. (mg/1 i filtrerat prov)) (mg/1 i filtrerat prov)) (mg/l i filtrerat prov) Cd < 0,001 Cd < 0,001 Cd < 0,Cu < 0,001 Cu 0,0025 Cu < 0,Ni < 0,001 Ni 0,0014 Ni < 0,Zn < 0,001 Zn 0,0014 Zn 0,TOC 0,08 TOC 0,22 TOC 0,Som synes i tabellen ovan ger samtliga filtrat en låg halt av TOC och tungmetaller. 2. Fällningsförsök på utgående biologiskt renat vatten från Iggesunds avloppsreningsverk. Vid försökstillfället fälldes vattnet i den efterföljande kemfällningsanläggningen med 26,5 g Al/m3 (AVR) och polymer. Vid fällningen i laboratorieskala användes genomgående samma dos plus ca 3 ppm polymer. En analys av det utgående biologiskt renade vattnet gav följ ande resultat: (mg/l) Cd 0,0017 Cu < 0,005 Ni 0,Zn 0,0099 TOCDetta vatten falldes sedan med återvunnen koagulant från de respektive vattnen 2-3, samt med kommersiell AVR (aluminiumsulfat, teknisk kvalié): Fällning (justerat med lut till 2. Fällning (justerat med lut 2. Fällning (justerat med lut 4,8) med AVR (kommersiell till 5,2) med filtrat från ”Ig- till 5,0) med filtrat från a1uminiumsulfat): gesund” ”Norrvatten” (mg/1 i filtrerat prov) (mg/1 i filtrerat prov) (mg/l i filtrerat prov) Cd 0,0025 Cd 0,0017 Cd < 0,Cu < 0,005 Cu < 0,005 Cu < 0,Ni < 0,0050 Ni 0,072 Ni 0,Zn 0,0065 Zn 0,084 Zn 0,TOC 44 TOC 55 TOCSom tabellen visar gav fallningen med återvunnen koagulant liknande resultat som fallningen med AVR. 3. Fällningsförsök på utgående biologiskt renat vatten från Lunds avloppsreningsverk.

Vid försökstillfallet falldes vattnet i den efterföljande kemfållningsanläggningen med 14 g Fe/m3 (Notera att dosen är hög pga. störningar i biologin och hög P-halt). Vid fallningen i la- boratorieskala användes samma dos Fe och vid fallning med Al omräknat mol A1 = mol Fe En analys av det utgående biologiskt renade vattnet gav följande resultat: (mg/1 i filtrerat prov) Cd < 0,Cu 0,Ni 0,Zn 0,TOCPO4-P 10,Detta vatten falldes sedan med återvunnen koagulant från de respektive vattnen 1-3, och med kommersiell jämklorid: Fallning med kom- 1. Fällning med filt- 2. Fällning med filt- 3. Fällning med filt- mersiell järnklorid rat från Stehag rat från Iggesund. rat från Norrvatten. (mg/l i filtrerat prov) (mg/l i filtrerat prov) (mg/l i filtrerat prov) (mg/l i filtrerat prov) Cd 0,0014 Cd 0,001s Cd 0,0021 Cd < 0,0014 Cu < 0,005s Cu < 0,005 Cu < 0,005 Cu < 0,005 Ni 0,015 Ni 0,069 Ni 0,056 Ni 0,zu 0,011 zu 0,034 zu 0,01 zu 0,02 TOC 7,1 TOC 7,1 TOC 8,3 TOC 9,3 Po4-P 0,163 P04-P 0.035 P04-P 0.02 Po4-P 0.Som tabellen visar gav fallningen med återvunnen koagulant liknande resultat som fallningen med ”virgin” koagulant.

Exempel 5: Analys av elementärt kol Analys av tungmetallhalten i det utvunna elementära kolet ur järnslam från Stehags vatten- verk: (mg/kg TS) As 7,Cd 0,CuHg 0,Ni 2,Pb 8,Zn 7,Exempel 6: Kalkylering av tungmetallhalter i kemslam från fállning av råvatten. Analys av tungmetallhalten i råvattnet kemiskt renat vid Sydvatten Stehags vattenverk med vfigmamß (ms/ms) As 0,Cd 0,Cu 0,Hg utsättning att alla tungmetaller i råvattnet återfinns i återvunnet järn (mg/kg Fe) CEN standard typ 1 CEN standard typ 2 CEN standard typ 3 As 47 As 20* As 20* AsCd 0,4 Cd 1 Cd 25 CdHg <0,1 Hg 0,3 Hg 5 HgCr 18 Cr 50 Cr 350 CrNi 101 Ni 60 * Ni 350 NiPb 27 Pb 35 Pb 100 PbSb 12 Sb 10 * Sb 20 SbBe NA Be 10 Be 20 Be*= över CEN norrnKort beskrivning av figurerna Figur 1 beskriver en utföringsforin av en anordning enligt uppfinningen. Figur 2 visar detalj er i en utföringsforrn av syra/slam blandningsutrustningen.

Beskrivning av fóredragen utfóringsform Beskrivningen i texten hänvisar till figur 1. Avskilt slam från en kemisk fällningsanläggning förförtj ockas och pumpas därefter till ett konventionellt avvattningssteg, vilket vanligtvis ger slammet en TS halt av 15- 25 %. (Detta första behandlingssteg visas inte i figuren.) Därefter torkas det avvattnade slammet (1) i en roterande trumtork (2). Torkat slam leds ut (3) från torken, medan den varma luft (5) som används för torkningen leds in i torkens början och leds med avdrivet vatten (6) uti slutet av denna. Återvinning av vännen i utgående luft kan återvinnas (ej visat i figuren). En del av det torkade slammet återförs (3) till slamintaget där det blandas med det avvattnade slammet och syrahalti gt kondensat (15) från kondensatom (12). Till kondensom leds även kylvatten (13). Uppvärmt kylvatten kan exempelvis användes för förväimning av luft/rökgaser till torksteget (ej visat i figuren). Det torkade slammet leds (3) till en kvam (7) för att malas och skruvas därefter till blandningskammaren (9). Vid in- mätningen av malt slam till blandningskammaren doseras syra (8). Se vidare detaljbeskriv- ning i figur 2. Det torkade slammet, som blandats med svavel syran, leds ut från blandnings- kammaren på ett transportband (10). Bandet transporterar syra/slamblandningen fram till en avskapningsanordning (17) placerad där bandet vänder. Den vattenånga och de azeotroper av vatten/syra som avdrivs från det syrabehandlade slammet på transportbandet avsugs (11) och leds till en kondensor (12). Slammet som skrapas av från transportbandet leds till en tank (18) försedd med en omrörare (19) där det blandas med rent vatten (16) och tvättvatten (23) från filtret (19). Ivattnet löses den återvunna koagulanten och andra salter, medan olöslig substans bildar en suspension. Suspensionen leds från upplösningstanken (18) till ett bandfilter ( 19). Filtret har fördelaktigt fyra zoner. I den första dräneras filtratet genom filterduken (20), i det andra sker en vidare dränering under vacuum(21) , i ett tredje steg (22), också under vacuum, tvättas den separerade kolfraktionen med rent vatten, för att i ett fjärde och sista steg (ej visat) befrias från kvarvarande tvättvatten under vacuum.

I figur 2 återfinns en detaljbeskiivning av blandningskammaren (9 i figur 1) där torkat malt slam blandas med koncentrerad syra. Det malda slammet skruvas in (2. 1) till reaktorkamma- ren (2.2) samtidigt som syra (2.3) tillsätts. Reaktorkammaren utgörs av ett rör (2.4) i teflon.

Rörets främre ände (2.5) är på motorsidan försedd med en tätad axelgenomgång (2.6) och denbakre med en styming (2,7) för omröraren. Axeln drivs av en frekvensstyrd motor (2.8). Ax- eln från motorn är på rörets insida förbunden med fyra blandnings/avskrapningsplattor (2.9, 2.10, 2.11, 2.12)) vilka löper tätt mot rörets insida från motorsidan till den bakre styrningen. Slam/syra blandas med hjälp av de roterande plattoma, samtidigt som blandningen trycks framåt i reaktorkammaren mot en öppning (213) i röret nära den bakre stymingen över till bandet (10 i figur 1) Sammanfattning av uppfinningen Ovannämnda ändamål uppnås genom en metod för utvinning av elementärt kol och återvin- ning av koagulanter ur kemslam från vatten- och avloppsreningsverk, i vilken torkat slam tillförs koncentrerad svavelsyra enbart i sådan mängd att svårlösli ga trivalenta aluminium- och/eller jämhydroxider i slammet ombildas till lättlösli ga metallsulfater, samtidigt som orga- niskt bundet kol dehydrolyseras av syran till elementärt kol och att det vid reaktionema bil- dade fria vattnen avdrivs av den värme som den exoternniska processen ger, samt att kol som tillförts i aktiverad form i vattenreningsprocessen ingår som ett tillskott till det elementära kol som utvinns i processen. 13

Claims (4)

Krav
1. l. En metod för att utvinna elementårt kol och Al- och/eller Fe- sulfat ur kemslam från vat- ;-¿_tillförs koncentrerad svavelsyra i sådan mängd och utan extern våmetillförsel att svårlösliga triva- lenta aluminium- och/eller jåmhydroxider i slammet ombildas till låttlösliga metallsulfater samtidigt som organiskt bundet kol dehydrolyseras av syran till elementårt kol och vatten samt att blandningen av koncentrerad svavelsyra och malt torkat slam sker i ett första separat blandningssteg dår temperaturen inte överstiger l00° C för att dårefter i ett andra separat steg utan omblandning får reagera och genom vattenavdrivning expandera vid en temperatur > l00° C och att kol som tillförts i aktiverad form i vattenreningsprocessens fallningssteg ingår som ett tillskott till det elementåra kol som metoden utvunnit.
2. 2. Metod enligt krav l, kännetecknad av att totalflödet av inmatat slam och syra till bland- ningssteget styrs av temperaturen vid utmatning av blandningen så att temperaturen fördel- aktigt vidmakthålles vid l00° C.
3. 3. Metod enligt krav l, kännetecknad av att blandningen från blandningssteget matas ut på ett transportband dår det tillåts att expandera/reagera samt svalna innan det skrapas av från bandet.
4. 4. Metod enligt krav 3, kännetecknad av att det från transportbandet avskrapade dehydrati- serade slammet leds till en tank dår det under omröring blandas med vatten till en slurry be- stående av lösta metallsulfater och olösligt elementårt kol. Metod enligt krav 2 och 3, kännetecknad av att ytor i kontakt med syra/slam bland- ningen i huvudsak år av polytetrafluoroethylene (PTFE). Metod enligt krav l, kännetecknad av att det torkade slammet erhålls genom torkning av flå-s--avvattnat kemslam varvid företrådesvis en delmångd av det torkade slammet v. ,_\_ kx. återförs och blandas med kemslammet före torkning.Metod enligt krav l. kännetecknat av att de azeotroper av Vatten och svavelsyra samt S02 som avdrivs i reaktionen mellan slam och syra kondenseras och att kondensatet blandas med det avvattnade kemslammet före torkningen. Metod enligt krav kännetecknad av att den erhållna slurryn filtreras så att en separat- ion sker i en vattenfas innehållande löst metallsulfat och en fast fas innehållande kol. Metod enligt krav kännetecknad av att den vid filtreringen avskilda svårlösliga fa- sen innehållande kol tvåttas med vatten och att det förbrukade tvåttvattnet/ f1ltratet återförs för upplösning av den låttlösliga metallsulfat som bildas vid syra/slamreaktionen. Metod enligt krav kännetecknad av att tillsatsen av koncentrerad svavelsyra till det torkade malda slammet regleras av halten fri syra i f1ltratet så att denna halt regleras mot noll. l Metod enligt krav kännetecknad av det tvåttade kolet anvånds som biokol. 'z 1 ' 'Û;;. Metod enligt krav kännetecknad av att det tvåttade kolet genomgår ytterligare behandling för anvåndning som kimrök eller aktivt kol och att detta sker genom en eller flera av kemisk-, terrnisk-, fotokatalytisk-, elektrokemisk-, biologisk behandling.