SE447370B - Anordning och forfarande for kemisk konditionering av slam - Google Patents

Description

lO l5 20 30 35 40 447 370 2 De optimala konditioneringsbetingelserna får i vart fall bestämmas genom försök, och bör väljas sä, att vid den följande slamavvattningen, t ex med en filterpress, bildas en stickfast, likformig genomfuktad filterkaka med en halt av minst 35 vikt- procent torrsubstans, och som efter möjligast kort presstíd lätt kan avlägsnas ur hâlrummen mellan filterplattorna i pressen.

Vanligen använda konditioneringsanläggningar för slam be- står oftast av en blandningsbehâllare med 1-5 m öppen volym, i och är försedda med ett omrörarverk och motsvarande tilledningar för tillsatsmaterialen.

Som konditioneringsmedel för slam användes mest oorganiska flockningsmedel (ibland även benämnda "fä1lningsmedel"), såsom kloriderna och sulfaterna av aluminium och järn, vilka praktiskt taget alltid användes i kombination med ett neutraliseringsmedel, företrädesvis kalkhydrat.

Vanligen sättes till slammet först flockningsmedlet och där- efter neutralisationsmedlet. Eventuellt kan ytterligare tillsät- tas högmolekylerära, organiska flockningshjälpmedel, såsom poly- akrylamider. Det antages att genom tillsatsen av det oorganiska flockningsmedlet först det kolloidala tillståndet hos slammet brytes och en primärflockning inträffar: Det därefter som suspen- sion tillsatta kalkhydratet höjer sedan slammets pH-värde, åstad- kommer en förstoring av flockarna och tjänar senare som stödupp- byggnad i filterkakan.

Vid användning av järn(III)klorid-sulfat (FeC1SO4), vilket som flockningsmedel är mycket verksamt vid avloppsvattenrening och vattenberedning, kan vid konditioneringen av många slam tek- niska svårigheter uppträda därigenom, att vid den följande tryck- filtreringen, t ex i en kammarfilterpress, alltför mjuka filter- presskakor, d v s kakor med alltför låg torrsubstanshalt, erhål- les, vilkas vidare hantering är besvärlig. (H.G.Klostermann: Berichte der Abwassertechnischen Vereinigung e.V. (1979), Nr. 31, 173-180).

Det har visat sig, att de i slamavvattningsanläggningar sid. hittills vanliga konditioneríngsanordningarna i ett steg för användning av järn(III)klorid-sulfat oftast icke är lämpliga, förmodligen på grund av att densiteten och viskositeten hos den i handeln vanliga, koncentrerade vattenlösningen av PeClSO4 är så olika dem hos slammet, att blandningen sker relativt långsamt.

Alltefter anläggningens utförande blandas sålunda slam och d 10 lll PJ '_11 30 I s 447 370 jürn(llI)klorid-sulfatlösning icke kvantitativt med varandra in- nan tillsatsen av neutralísationsmedlet sker. Ofta uppnås även da icke någon tillfredsställande genomhlandning. när jörn(lll1~ klorid-sulfatlösnlngen redan inmatats i ledningen för raslammet före dettas inträde i blandaren. Till detta kommer, att genom de i konventionella anläggningar oftast föreliggande omrörarna Jen följande tillväxten av flockarna ogynnsamt paverkas.

Yöreliggande,uppfinning har till syftemäl att åstadkomma en anläggning och ett förfarande för kemisk konditionering av slam, speciellt lör mnündnhngav järn(lll)kloríd-sulfat som flockningsmedel.

Enligt uppfinningen består anordningen av tva seriekopplade, cylindriska behallare, vilkas överdelar är förbundna med varandra medelst ett tangentíellt till deras cylinderytor anbragt, med en brytbar förbindning försett överloppsrör, varvid över bottnen av den första behallaren och tangentiellt till dess cylinderyta är anbragt ett inloppsrör för slammet, och tangentiellt till detta inloppsrör är anordnat ett inledningsrör för en lösning eller suspension av ett flockningsmedel, í överloppsröret mellan be- hallarna tangentiellt mynnar tva ytterligare rör, genom vilka en lösning eller suspension av ett neulraliseringsmedel och/eller en lösning cllcr suspension av ett [lockningshjülpmedel kan in- ledas, och över bottnen av den andra behållaren och tangentiellt till dess cylinderyta är anbragt ett utledníngsrör för det kon- ditionerade slammet. ßehallarnas öppna volymer är i allmänhet beroende av slam- pumpens effekt och mängden av tillsatsmaterialen. Företrädesvis är den andra behallarens öppna volym större än den förstas, efter- som vätskeströmmen i den andra behållaren är större än i den första. Sålunda kan exempelvis den öppna volymen hos den första behållaren vara 20 liter och hos den andra behållaren 28 liter, och förhållandet mellan höjden och den öppna diametern hos de bada behällarna uppgår till 1,4-2,1.

En lämplig utföringsform av anordningen består däri, att inledningsrören för lösningen eller suspensionen av flocknings- medlet, neutralisationsmedlet och/eller Flockníngshjülpmedlet kan vara försedda med rörinsatser med olika lvärsnlttsyta.

Därigenom är det möjligt att vid olika slamgenomströmning halla strömnlngshastigheten för de föreliggande tillsatskomponenterna pfnkliskl taget kon lanl. Anordnínnen kan kompletteras, exempel- ijs genom inbyggnad av en anordning för reglering av pH-värdet. 10 15 _20 25 30 b! in 40 447 370 i Den föreliggande anordningen (konditioneringsblandaren) visas i ritningsfigurerna 1 och 2 i vy från sidan och ovanifrân.

Genom det över bottnen av behållaren A och tangentíellt till dess cylinderyta anbragta inloppsröret 1 inledes det slam som skall konditioneras i den undre delen av behållaren A. Tangen- tiellt till inloppsröret 1 är anbragt ett inledningsrör 2, genom vilket en lösning, resp. suspension av ett flockningsmedel in- ledes i slammet. De båda vätskeströmmarna rör sig under inten- siv blandning spiralformigt uppåt i behållaren A. I det över- loppsrör som tangentíellt förbinder kärlen A och B mynnar i sin tur tangentiellt inledníngsrören 4 och 5, genom vilka en lösning eller suspension av ett neutraliseringsmedel och/eller en lösning eller suspension av ett flockningshjälpmedel kan inblandas i slammet innan detta genom det med en brytbar förbindníng, t ex fläns- förbíndningen 6, försedda överloppsröret 3 tangentiellt mynnar i behållaren B, där det under ytterligare intensiv omblandning av beståndsdelarna rör sig spíralformígt nedåt och genom utlopps- röret 7 nu som ett homogent, konditionerat slam lämnar behållaren B.

Vanligtvis inledes, såsom beskrivits, flockningsmedlet genom inledningsröret 2 och neutralísationsmedlet genom röret 4 eller 5, men omvänt kan även neutralisatíonsmedlet inledas genom röret 2 och flockningsmedlet genom röret 4 eller 5.

Anordningen enligt uppfinningelkmr gentemot de konventionella apparaturerna framställas avsevärt mindre, enklare och mera ma- terialsparande, och erfordrar intet omrörarverk. Den kan lätt transporteras och monteras.

Anordningen enligt uppfinningen kan uníversellt användas för konditionering av praktiskt taget alla slam med godtyckliga flockningsmedel. Den förbättrar speciellt ekonomin hos den totala slamhanteringen, eftersom det därmed kondítionerade slammet omedel- bart kan överföras till filterpressen och redan efter kort press- tid filterkakor med hög torrsubstanshalt erhålles.

Speciellt lämplig är den för användning av jürn(III)k1oríd- sulfat som flockningsmcdel. Detta kan användas i fornxav en vatten- lösning, vars halt uppgår till 30-45 viktprocent FeClSO4. Allt efter typen av slam kan det vara lämpligt att innan den sättes till slammet späda järn(III)klorid-sulfatlösníngen med vatten till en halt av 10-35 viktprocent, företrädesvis då 20-30 vikt- procent FeClS04, vilket exempelvis kan genomföras kontinuerligt 15 20 40 r J 447 370 i en förblandare. Därigenom minskas de olikheter i densitet och viskositet som föreligger mellan järnLIlI)klorid-sulfat- lösningen och slammet, och omblandníngen pàskyndas. Efter flock- ningsmedlet sättes till slammet som neutralisationsmedel kalk- hydrat, t ex i form av en suspension, vars halt uppgår till 7-15 viktprocent, företrädesvis då 10 viktprocent Ca(0H),. och pH-värdet inställes till 10-12,5, så att makroflockar kan bildas.

Det är väsentligt att inblandningen av järn(lll)klorid- sulfatet och kalkhydratet i slammet genomföres intensivt och med kortast möjliga uppehâllstid i blandníngsanordníngen utan att därvid användes hjälpmedel, t ex omrörare, vilka genom en väsentligt längre mekanisk påfrestning ogynnsamt påverkar flock- tillväxten. Detta uppnås genom den tangentiella inledningen av alla komponenter i blandningsanordningen, varvid uppkommer spiral- formiga strömningar, vilka säkerställer en snabb genomblandníng.

Den genomsnittliga uppehållstiden för slammet, räknat från inloppet i behållaren A till utloppet ur behållaren B, skall ut- göra 4 till 10 sekunder, företrädesvis då 0-8 sekunder. Vid en pumpkapacitet av 20 mo/timme råslam och en dosering av 3,8 ms/tim. av en kalkhydratsuspension på 10 vflæprocent ligger uppehållstiden exempelvis vid 7,8 sekunder, varvid slammet redan vid utløppet från behållaren A, d v s efter 3,6 sekunder, är intensivt blan- dat med flockningsmedlet.

För att kondítioneringen skall genomföras optimalt, är det nödvändigt att strömníngshastígheten hos lösningen eller sus- pensionen av flockningsmedlet vid inströmningen í slammet och strömníngshastigheten för slammet i inloppsröret till behållaren A, i överloppsröret mellan behâllarna A och B och i utloppsröret från behållaren B, liksom även i behâllarna A och B själva ligger inom bestämda områden. Sålunda skall strömningshastigheten för lösningen av järnlllllklorid-sulfat vid inströmningen i slammet uppge till 1-10 m/sek, företrädesvis då 2:5 m/sek. Strömnings- hastigheten för slammet bör i inloppsröret till den första be- hållaren A, i överloppsröret mellan de båda behállnrna A och B och i utloppsröret från den andra behållaren B ligga mellan 1 och 3 m/sek, företrädesvis då mellan 1,3 och 2,5 m/sek. Spe- ciellt bör strömningshastigheten för slammet i behâllarna A och B, räknat på deras öppna tvärsníttsarea, vara mindre än 0,3 m/sek, och företrädesvis de 0,08 till 0,2 m/sek.

UI 10 40 447 370 Om värdet 0,3 m/sek överskrides, uppträder alltför höga skjuvkrafter, varigenom flockarnas tillväxt ogynnsamt pâverkas och svårfiltrerbara slam bildas. Förfarandet enligt uppfinningen möjliggör en vidarebehandling av det konditionerade slammet omedelbart efter det att det lämnat blandningsanordningen, t ex i en kammarfilterpress. Genom det snabba arbetssättet undvikes bildningen av utfällningar, t ex gips, vilka vid användning av sulfathaltiga flockningsmedel ibland uppträder i konventionella blandare och på grund av igensättning av filterdukarna kan leda till störningar i pressförloppet.

Användningen av föreliggande anordning för konditionering av slam medför vid användning av järn(III)klorid-sulfat gentemot konditionering i en konventionell blandare, oavsett om järn(III)- klorid eller järn(III)sulfat användes som flockningsmedel, för- delarna av en mindre specifik förbrukning av järnsalt (räknat som Fe) och en mindre förbrukning av Ca(OH), (båda räknade per må slam), en avsevärt kortare uppehâllstid i blandningsanord- ningen, en kortare presstíd i filterpressen, och en högre torr- substanshalt hos filterkakan.

Uppfinníngen âskådliggöres närmare av följande exempel: Exempel 1 " Ett råslam (utrötat avloppsslam med 20% andel sekundärslamL vars torrsubstanshalt uppgick till 4,4 viktprocent, inpumpades medelst en slammatningspump i en ström av 25,0 m /tim genom in- loppsröret 1 i behållaren A, vars öppna volym uppgick till 20 1.

I slamströmmen inleddes genom inledningsröret 2, vars utström- ningsöppning förträngts till en innerdiameter av 6 mm, 239 1/tim av en vattenlösning av järn(III)klorid-sulfat, vars halt uppgick till 21,1 viktprocent PeClSO4 (256 g FeClSO4/1), svarande mot en dosering av 9,16 l FeClSO4-lösning (halt 21,1 viktprocent) per må slam. Den specifika förbrukningen av FeC1SO4, angiven som Fe, beräknades dürur till 0,70 kg Fe/m° slam. Efter passagen av be- hàllarcn A sattes ti1l_denna blandning i överloppsröret 3 genom inledningsröret 4 3,7 må/tim av en vattensuspension av kalkhydrat med halten 10 viktprocent Ca(0H)2. Förbrukningen av kalkhydrat, angiven som Ca(OH),, uppgick till 14,8 kg/må slam, och pH-värdet hos det konditionerade slammet var 12,2. Det konditionerade slam- met passerade nu behållaren B, vars öppna volym var 38 1, och lämnade denna genom utloppsröret 7 efter en uppehâllstíd i bland- ningsapparatcn av totalt 6,3 sek. 10 20 25 40 447 370 Vid den följande pressningen i en kammarfilterpress er- hölls efter presstider av 55 min (flera försök) fasta, lätt ut- tagbara presskakor med torrsubstanshalter från 39 till 43 vikt- procent och som invändningsfritt kunde hanteras, d v s staplas, transporteras och deponeras. Strömningshastigheten för järn(lII)- klorid-sulfatlösningen vid inloppet í slammet uppgick till 2,2 m/sek, och slammets strömningshastighet i inloppsröret till be- hållaren A till 1,4 m/sek, och i överloppsröret mellan behållar- na A och B (efter tillsats av kalkhydratsuspentionen) liksom även i utloppsröret från behållaren B till 1,6 m/sek. Strömnings- hastigheten hos slammet uppgick i behållaren A till 0,14 m/sek och i behållaren B till 0,11 m/sek, i vart fall räknat på be- hàllarnas öppna tvärsnittsarea.

Exempel I (Jämförelseexempel med konventionell konditionerings- blandare)- I en konventionell konditioneringsblandare med ett omrörar- kärl med 4 mg volym behandlades råslam med lika sammansättning som i exempel 1 vid en pumpkapacitet av 17 m° slam per timme med 245 l/tim av en järn(III)klorid-sulfatlösning, vars halt uppgick till 26,2 viktprocent FeClSO4 (336 g/1 FeClSO¿), vilket varade mot en dosering av 14,4 l FeClSO4-lösning (halt 26,2 viktprocent) per mb slam.

Den specifika förbrukningen av FeClSO4, räknat som Fe, kunde därur beräknas till 1,44 kg Fe per m3 slam. Vidare in- leddes i slammet en vattensuspension av kalkhydrat, vars_halt uppgick till 10 viktprocent Ca(OH),, i en mängd av 3,7 m°/tim, svarande mot en tillsats av 21,8 kš Ca(0H)2 per m° slam, 500 mm nerströms irån tillsatspunkten för FeClSO4-lösningen. pH-värdet hos det konditionerade slammet låg därefter vid 12,3, och slammets uppehàllstid under konditioneringen i den konventionella bland- níngsanordningen uppgick till 11,5 min.

Efter presstider av 90 till 120 min (flera försök) erhölls presskakor med mindre hållfasthet än i exempel 1 och som delvis klíbbade vid filterdukarna, vilkas torrsubstanshalter endast lag vid 33 viktprocent, och som endast med svårighet kunde han- teras.

Exempel 5 (Jämförelseexempel med järn(IlI)kloridlösnínq) I den konventionella anordningen enligt exempel 2 behand- lades ráslam med lika sammansättning som i exempel 1 och 3 vid en pumpkapacitet av 18 ms slam per timme med 90 1/tim av en 447 370 Ö järn(III)kloridlösníng, vars halt uppgick till 40,5 víktprocent FeCl3 (580 g FeCl3/1), svarande mot_en dosering av 5,0 1 FeCl3- lösning (halt 40,5 viktprocent) per ma slam. Den specifika för- brukningen av FeCl3, uttryckt som Fe, kunde därur beräknas till 1,0 kg Fe per må slam.

Vidare inleddes i slammet 500 mm nedströms från tillsats- punkten för FeCl3-lösningen en vattensusponsíon av kalkhydrat, vars halt uppgick till 10 viktprocent Ca(0H)2, i en mängd av 3,7 mf per timme, svarande mot en tillsats av 20,6 kg Ca(OH)2 per m° slam. pH-värdet hos det kondítionerade slammet låg där- efter vid 12,3, och slammets uppehâllstid under konditioneríngen i den konventionella blandningsanordningen uppgick till 11,0 min .

Efter prestider av 90 min (flera försök) erhölls fasta, lätt uttagbara och hanterbara presskakor med torrsubstanshalter från 35 till 40 viktprocent.

Claims (10)

447 370 ßatentkrav

1. l. Anordning för kemisk konditiorwring av ;sl:nn, k Ei n n e t e. c k - n a d av att den hostar av tva seriekopplade, cylindriska behallare (A och B), vilkas övre delar är förbundna med varandra medelst ett tangentiellt till deras cylinderytor anbragt, med en brytbar förbindelse Lo) försett överloppsrör (3), varvid över bottnen av den första behållaren (A) och tangontiellt till dess cylinderyta är anbragt ett inloppsrör (1) för slammet och tangentiellt till detta in- loppsrör ett inledningsrör (3) för en lösning eller suspension av ett flockningsmcdel, i överloppsrörct (3) mellan behàllarna LA och B) tvâ ytterligare rör (4 och Sjmynnar tangentiellt, genom vilka en lösning eller suspension av ett neutralisations- medel och/eller en lösning eller suspension av ett flocknings- hjälpmedel kan inledas, och över bottnen av den andra behållaren (B) och tangentiellt till dess cylinderyta ar anbragt ett ut- loppsrör (7) för det konditionerade slammet.

2. 3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den öppna volymen av den andra behallaren (B) är större än den hos den första behållaren (A).

3. Anordning enligt krav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att inledningsrören för lösningen eller suspensionen av flockningsmedlet, neutralisationsmedlet och/eller flockníngs- hjälpmedlet kan vara försedda med rörinsatser med olika tvär- snittsarea.

4. Förfarande för kemisk kondítionering av slam, varvid som flockningsmedel användes järn[lII)klorid-sulfat, k ä n n e - t e c k n a t därav, att konditionerlngen genomföres i en anord- ning, bestående av tva seriekopplade, cylindriska behållare fA och B), vilkas övre delar är förbundna med varandra medelst ett tangentiellt till deras cylinderytor anbragt, med en bryt- bar förbindelse (6) försett överloppsrör (3), varvid över bottnen av den första bohallaren (A) och tangentiellt till dess cylinder- yta är anbragt ett inloppsrör (1) för slammet och tangentiellt till detta inloppsrör ett inledningsrör (2) för en lösning eller suspension av ett flockningsmedel, i överloppsröret (3) mellan hehallarna [A och B) tva ytterligare rör (4 och 5) mynnar tangen- tiellt, genom vilka en lösning eller suspension av ett neutrali- sationsmedel och/eller en lösning eller suspension av ett flock- ningshjälpmedel kan inledas, och över bottnen av den andra be- 10 447 370 hållaren (B) och tangentiellt till dess cylinderyta är anbragt ett utloppsrör (7) för det konditionerade slammet.

5. Förfarandc enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att järn(IIl)kloríd-sulfatet användes i form av en vattenlös- ning, vars halt före inledningen i slammet inställes till 10-35 víktprocent, företrädesvis då 20-30 viktprocent.

6. Förfarandc enligt krav 4 och 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att slammet efter tillsatsen av järn(III)k1orid-sulfat- lösningen ínställes till ett pH-värde av 10 till 12,5.

7. Förfarande enligt krav 4-6, k ä n n e t e c k n a d därav, att den genomsnittliga uppehållstiden för slammet, räknat från inströmningen i den första behållaren (A) till utström~ ningen ur den andra behållaren (B) uppgår till 4-10 sekunder, företrädesvis då 6-8 sekunder.

8. Förfarande enligt krav 4-7, k ä n n e t e c k n a d därav, att strömningshastigheten för lösningen av järn(IlI)klo- rid-sulfat vid ínströmningen i slammet uppgår till 1-10 m/sek, företrädesvis då 2-S m/sek.

9.Förfarande enligt krav 4-8, k ä n n e t e c k n a d därav, att strömningshastigheten för slammet i inloppsröret till den första behållaren (A), i överloppsröret mellan de båda behållarna (A och B) och i utloppsröret från den andra behålla- ren (B) uppgår till 1-3 m/sek, företrädesvis då 1,3-2,5 m/sek.

10. Förfarande enligt krav 4-9, k ä n n e t e c k n a d därav, att strömningshastigheten för slammet i de båda behållar- na (A och B) , räknat på deras öppna tvärsnittsarea, är mindre än 0,3 m/sek, och företrädesvis uppgår till 0,08 till 0,2 m/sek.