WO1996034833A1 - Process and device for improving the mechanical dewaterability of sewage sludge - Google Patents

Process and device for improving the mechanical dewaterability of sewage sludge Download PDF

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WO1996034833A1
WO1996034833A1 PCT/DE1996/000740 DE9600740W WO9634833A1 WO 1996034833 A1 WO1996034833 A1 WO 1996034833A1 DE 9600740 W DE9600740 W DE 9600740W WO 9634833 A1 WO9634833 A1 WO 9634833A1
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Klaus Ulrich Plantikow
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SEP Gesellschaft für technische Studien, Entwicklung, Planung mbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/18—Treatment of sludge; Devices therefor by thermal conditioning
    • C02F11/20—Treatment of sludge; Devices therefor by thermal conditioning by freezing

Definitions

  • the invention relates to a method for improving the mechanical dewaterability of aqueous sludges with a considerable microbial content and devices for carrying out the method.
  • sludges occur in very large quantities, particularly in municipal sewage treatment plants, but also in agriculture and in the treatment of industrial waste water in waste water treatment plants with at least one biological treatment stage. Representing such sludges, the invention is described below for sewage sludge from the disposal of municipal wastewater.
  • Sewage sludge is so difficult to dewater mechanically because the cell water bound within the cells of the microorganisms cannot be removed with the usual presses and centrifuges and the water contained in the slime layers on the surface of the microorganisms can be removed at most to a small extent.
  • An aerobic or anaerobic stabilization improves the dewaterability, since the biomass and thus the amount of cell water is reduced and because the ratio of organic mass to inorganic mass in the sludge is thereby reduced.
  • the best results in terms of low odor and improvement in drainability are obtained with the mesophile Digestion of sewage sludge, ie during anaerobic digestion at approx. 35 ° C.
  • the invention has for its object to improve the mechanical dewaterability of aqueous sludges with a considerable microbial content, in particular of municipal sewage sludge, and to avoid the disadvantages of the known methods for improving dewaterability.
  • the first stage of the mechanical dewatering most of the water contained in the sludge between the microorganisms is removed, and in the second stage cell water is additionally removed from the cells destroyed by the freezing process.
  • mechanical dewatering devices of different designs and sizes adapted to the respective sludge properties can be used.
  • the water separated in the second stage is particularly nutrient-rich due to the contents of the cell water and therefore has a particularly high biological oxygen requirement. An introduction into a digestion tower, if there is one, is therefore more advantageous than introducing this water into the activated sludge basin of the sewage treatment plant.
  • the injury according to the invention to the cell walls of the microorganisms contained in the sludge is also advantageous for thermal drying.
  • the process according to the invention can also considerably improve the mechanical dewaterability of excess activated sludge, which is far more difficult to dewater than digested sludge.
  • the time-consuming aerobic or anaerobic stabilization of the sludge and the expensive devices for carrying out such sludge stabilization are not required in this case.
  • the proportion of inorganic substances in the excess sludge of municipal sewage treatment plants is typically about 1/3 before digestion and about 1/2 after digestion, the application of the process according to the invention to excess activated sludge and subsequent thermal drying also gives a larger amount of fuel with a higher calorific value than when used on digested sewage sludge.
  • the dried sewage sludge can be used to substitute fossil fuels, for example when used in cement kilns, asphalt mixing plants, waste incineration plants, etc.
  • the slag resulting from the combustion of the sewage sludge can also be used mixed with the raw materials and thus used.
  • auxiliaries such as coal dust or polymers for the conditioning, by means of which the calorific value of the dried sludge does not deteriorate but rather The opposite is improved.
  • the process according to the invention is also suitable for sludge to which no conditioning agents have been added.
  • FIGS. 1 and 2 which are described in more detail below, have some special advantages.
  • FIG. 1 shows schematically the essential parts of a system for freezing and thawing pre-dewatered sewage sludge 1.
  • This sludge is applied to a conveyor belt 3 from a storage container 2 with the aid of a conveyor device not shown in FIG. 1, for example a thick matter pump.
  • this conveyor belt has a high proportion of gaps, as is the case, for example, with wire link belts.
  • the mesh size is chosen so small that no sludge falls through the mesh. Since a puncture-resistant sludge can be produced with various of the drainage devices normally used, this requirement can be met without difficulty.
  • the sludge applied to the conveyor belt 3 is frozen using a refrigeration system.
  • the conveyor belt is moved with the aid of a drive device (not shown in FIG.
  • the sludge which is generally frozen on the conveyor belt, does not have to be rearranged for thawing.
  • the sludge passes into a container 5 via a discharge device 4, which also contains a conveying device which may be necessary but is not shown in FIG. 1, for example a thick matter pump Device for mechanical drainage 6 supplied.
  • the sludge 7 dewatered in this device 6 can, for example, be a device for thermal drying are fed, and the separated water 8 can, for example, be returned to the sewage treatment plant or passed into a digestion tower which may be present.
  • the freezing and thawing process is carried out with the aid of a compression refrigeration system with a compressor 9, a condenser 10, an evaporator 11 and an expansion valve 12.
  • the heat required to evaporate the refrigerant is supplied to the evaporator by circulating air, which extracts the corresponding heat from the sludge on the conveyor belt.
  • the speed of the conveyor belt 3 and the layer height of the sludge on the conveyor belt are set so that the sludge completely freezes in the freezing area.
  • the air is circulated in the freezing area by fans, which are usually components of air-cooled refrigeration system evaporators 11. If these fans are not sufficient to generate an adequately large air flow, an additional fan, which is not shown in FIG. 1, can be installed.
  • ambient air 13 is passed through the condenser 10 of the refrigeration machine and is thereby heated. With the help of the heated air, the sludge is thawed.
  • the heat output transmitted on the condenser 10 corresponds to the sum of the cooling output transmitted on the evaporator 11 and the compressor output. A greater heat output is therefore available than is required for thawing.
  • the air used for thawing is not completely saturated with water vapor, a small amount of water is also extracted from the sludge during the thawing process.
  • the air can be circulated as in the freezing area. A circulation of the air in the thawing area is advantageous if the exhaust air from this area has to be cleaned.
  • the sludge should lie as loosely as possible with a crumbly structure on the conveyor belt so that the air can flow through the sludge layer without difficulty.
  • a crumbly structure can generally be achieved with mechanical sewage sludge dewatering. If there is no crumbly structure at the outlet of a conveyor device installed between the storage container 2 and the conveyor belt 3, such a structure can be produced by simple comminution devices downstream of the conveyor device, for example perforated sheets or else by more complex commercially available granulators .
  • the mechanically pre-dewatered sludge 1 is introduced from a storage container 2 via a conveying and granulating device 14 into a fluidized bed 15, which is fluidized by an air flow which is circulated and cooled by the evaporator of a refrigerator.
  • a fluidized bed 15 which is fluidized by an air flow which is circulated and cooled by the evaporator of a refrigerator.
  • the frozen sludge granulate is conveyed into a thawing device 16, which is shown only schematically in FIG. 2 and which also includes the condenser of the refrigerator.
  • Thawing can be carried out like the freezing process in a fluidized bed or, as shown in FIG. 1, in a flowed-through layer lying on a conveyor belt.
  • FIGS. 1 and 2 both have the advantage that frozen sludge on the surface of the device does not have to be removed with special devices such as scrapers or scratches.
  • the method according to the invention can be carried out continuously with both devices, so that the cooling capacity of the refrigerator can be used for freezing and the waste heat of the refrigerator can be used simultaneously for thawing.

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Abstract

To improve its mechanical dewaterability, sewage sludge is frozen and then re-thawed. The freezing process damages the cell walls of the micro-organisms in the sludge with the result that draining the water contained in said cells during a subsequent mechanical dewatering treatment on the thawed sludge is facilitated. The process can be run continously and the cooling power of a cooling power of a cooling machine is used for freezing and its dissipated heat for thawing. To implement the process, mechanically pre-dewatered sludge is either frozen in a fluidised bed or placed on a conveyor belt for freezing and thawing.

Description

Verfahren und Vorrichtungen zur Verbesserung der mechanischen Entwäs¬ serbarkeit von KlärschlammMethods and devices for improving the mechanical dewaterability of sewage sludge
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Entwäs¬ serbarkeit von wäßrigen Schlämmen mit einem erheblichen mikrobiellen Anteil und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Derartige Schlämme fallen insbe¬ sondere in kommunalen Kläranlagen in sehr großen Mengen an, aber auch in der Landwirtschaft und bei der Reinigung industrieller Abwässer in Abwasserbehand¬ lungsanlagen mit mindestens einer biologischen Behandlungsstufe. Stellvertretend für derartige Schlämme wird die Erfindung im folgenden für Klärschlamm aus der Entsorgung kommunaler Abwässer beschrieben.The invention relates to a method for improving the mechanical dewaterability of aqueous sludges with a considerable microbial content and devices for carrying out the method. Such sludges occur in very large quantities, particularly in municipal sewage treatment plants, but also in agriculture and in the treatment of industrial waste water in waste water treatment plants with at least one biological treatment stage. Representing such sludges, the invention is described below for sewage sludge from the disposal of municipal wastewater.
Für fast alle Alternativen der Entsorgung und Verwertung von Klärschlamm ist eine sehr weitgehende Entwässerung erforderlich. Durch Eindicken, Filtrieren, Zentrifu- gieren und Pressen kann zwar die ursprüngliche Schlammenge um etwa eine Größenordnung reduziert werden, der entwässerte Schlamm enthält aber fast im¬ mer noch erheblich mehr Wasser als Trockensubstanz. In vielen Fällen, insbeson- dere bei einer Nutzung des Klärschlamms als Brennstoff, werden weit höhere Trockensubstanzgehalte verlangt; in diesen Fällen wird die mechanische Entwäs¬ serung durch eine thermische Trocknung ergänzt. Da der Energiebedarf für die Ent¬ fernung von Wasser durch Verdampfen weit größer ist als bei der mechanischen Entwässerung, könnten mit einer mechanischen Entwässerung bis zu höheren Trockensubstanzgehalten erhebliche Energieeinsparungen realisiert werden. Dies versucht man, allerdings mit mäßigem Erfolg, in Sonderfällen durch Anwendung hö¬ herer Preßdrücke zu erreichen.For almost all alternatives for the disposal and recycling of sewage sludge, very extensive drainage is required. Thickening, filtering, centrifuging and pressing can reduce the original amount of sludge by about an order of magnitude, but the dewatered sludge almost always contains considerably more water than dry matter. In many cases, especially when the sewage sludge is used as fuel, much higher dry matter contents are required; In these cases, the mechanical drainage is supplemented by thermal drying. Since the energy requirement for the removal of water by evaporation is far greater than in the case of mechanical drainage, considerable energy savings could be achieved with mechanical drainage up to higher dry matter contents. This is attempted, albeit with moderate success, to be achieved in special cases by using higher compression pressures.
Klärschlamm ist deswegen so schlecht mechanisch entwässerbar, weil das inner- halb der Zellen der Mikroorganismen gebundene Zellwasser mit den üblichen Pres¬ sen und Zentrifugen nicht und das in den Schleimschichten an der Oberfläche der Mikroorganismen enthaltene Wasser höchstens in geringem Maße entfernt werden kann. Durch eine aerobe oder anaerobe Stabilisierung (ausfaulen) wird die Entwäs¬ serbarkeit verbessert, da die Biomasse und damit die Menge des Zellwassers re- duziert wird und da dadurch das Verhältnis von organischer Masse zu anorgani¬ scher Masse im Schlamm verringert wird. Die besten Ergebnisse hinsichtlich Ge¬ ruchsarmut und Verbesserung der Entwässerbarkeit erhält man bei der mesophilen Ausfaulung von Klärschlamm, d.h. bei der anaeroben Faulung bei ca. 35 °C. In ca. 10 - 15 Tagen können dabei ca. 80 % der ursprünglichen organischen Masse ab¬ gebaut werden, die übrig bleibende organische Masse ist bei kommunalem Klär¬ schlamm aber immer noch etwa gleich groß wie die anorganische Masse. Aus diesem Grund kann selbst ausgefaulter Klärschlamm auch bei Zugabe der üb¬ licherweise eingesetzten Konditionierungsmittel mit den üblichen mechanischen Entwässerungsgeräten wie Zentrifugen, Band- und Kammerfilterpressen in der Regel nur auf Trockensubstanzgehalte im Bereich zwischen 30 bis höchstens 40 % entwässert werden. Eine Verbesserung der Entwässerbarkeit ist durch Verfahren zu erwarten, durch die die Zellwände der Mikroorganismen aufgeschlossen werden, so daß das Zellwasser abfließen kann. In der Biotechnologie wurden derartige Ver¬ fahren und Geräte entwickelt, um intrazelluläre Produkte zu gewinnen. Für diesen Zweck werden vorwiegend Rührwerkkugelmühlen oder Hochdruckhomogenisatoren eingesetzt. Zur Behandlung von Klärschlamm sind diese Verfahren zu aufwendig und wegen der im Klärschlamm enthaltenen Fremdkörper auch nicht empfehlenswert. Chemische und enzymatische Zellaufschlußmethoden sind im Vergleich zur biologischen aeroben oder anaeroben Stabilisierung ebenfalls zu auf¬ wendig. Aus der Klärschlammbehandlung ist ferner das Verfahren der hochthermi¬ schen Konditionierung bei ca. 200 °C bekannt, durch die die Entwässerbarkeit ebenfalls verbessert wird. Nachteilig an diesem Verfahren sind der hohe Energie¬ bedarf, die Denaturierung der Eiweißmoleküle und die Geruchsproblematik.Sewage sludge is so difficult to dewater mechanically because the cell water bound within the cells of the microorganisms cannot be removed with the usual presses and centrifuges and the water contained in the slime layers on the surface of the microorganisms can be removed at most to a small extent. An aerobic or anaerobic stabilization (rotting) improves the dewaterability, since the biomass and thus the amount of cell water is reduced and because the ratio of organic mass to inorganic mass in the sludge is thereby reduced. The best results in terms of low odor and improvement in drainability are obtained with the mesophile Digestion of sewage sludge, ie during anaerobic digestion at approx. 35 ° C. In about 10-15 days, about 80% of the original organic mass can be broken down, but the remaining organic mass is still about the same size as the inorganic mass in municipal sewage sludge. For this reason, even digested sewage sludge can generally only be dewatered to dry matter contents in the range between 30 to a maximum of 40% with the usual mechanical dewatering devices such as centrifuges, belt and chamber filter presses, even if the conditioning agents used are added. An improvement in dewatering is to be expected by methods by which the cell walls of the microorganisms are disrupted so that the cell water can drain off. Such processes and devices have been developed in biotechnology in order to obtain intracellular products. Agitator ball mills or high-pressure homogenizers are mainly used for this purpose. These processes are too complex to treat sewage sludge and are also not recommended because of the foreign bodies contained in the sewage sludge. Chemical and enzymatic cell disruption methods are also too expensive in comparison to biological aerobic or anaerobic stabilization. The process of high-thermal conditioning at approx. 200 ° C. is also known from sewage sludge treatment, by means of which dewatering is likewise improved. Disadvantages of this method are the high energy requirement, the denaturation of the protein molecules and the problem of odor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mechanische Entwässerbarkeit von wäßrigen Schlämmen mit einem erheblichen mikrobiellen Anteil, insbesondere von kommunalem Klärschlamm zu verbessern und dabei die Nachteile der bekannten Verfahren zur Verbesserung der Entwässerbarkeit zu vermeiden.The invention has for its object to improve the mechanical dewaterability of aqueous sludges with a considerable microbial content, in particular of municipal sewage sludge, and to avoid the disadvantages of the known methods for improving dewaterability.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Klärschlamm einge¬ froren und anschließend wieder aufgetaut wird. Während des Erfriervorganges bilden sich Eiskristalle, durch die die Zellwände verletzt werden, so daß das Zell¬ wasser nach dem Wiederauftauen aus den Zellen abfließen kann. Aus eingefrore¬ nen und wiederaufgetauten kommunalen Klärschlämmen verschiedener Herkunft konnten mit der selben Presse bei gleichem Preßdruck und gleicher Preßdauer ca. 50-70 % mehr Wasser abgepreßt werden als aus den entsprechenden, nicht er- findungsgemäß behandelten Schlämmen. Zur Absenkung des Energiebedarfs ist es von Vorteil, die mechanische Entwäs¬ serung in zwei, durch den erfindungsgemäßen Einfrier- und Auftauvorgang ge¬ trennten Stufen durchzuführen. In der ersten Stufe der mechanischen Entwäs¬ serung wird der größte Teil des im Schlamm zwischen den Mikroorganismen enthal- tenen Wassers entfernt, und in der zweiten Stufe wird zusätzlich Zellwasser aus den durch den Einfriervorgang zerstörten Zellen entfernt. Für die beiden Stufen der mechanischen Entwässerung können den jeweiligen Schlammeigenschaften ange¬ paßte, mechanische Entwässerungsvorrichtungen unterschiedlicher Bauart und Größe eingesetzt werden. Das in der zweiten Stufe abgetrennte Wasser ist wegen der Inhaltsstoffe des Zellwassers besonders nährstoffreich und weist daher einen besonders hohen biologischen Sauerstoffbedarf auf. Vorteilhafter als eine Einleitung dieses Wassers in das Belebtschlammbecken der Kläranlage ist daher eine Einlei¬ tung in einen Faulturm, sofern ein solcher vorhanden ist.This object is achieved in that the sewage sludge is frozen and then thawed again. During the freezing process, ice crystals are formed which damage the cell walls, so that the cell water can flow out of the cells after thawing. From the frozen and thawed municipal sewage sludge of different origins, about 50-70% more water could be pressed off with the same press with the same pressure and the same pressing time than from the corresponding sludge not treated according to the invention. To reduce the energy requirement, it is advantageous to carry out the mechanical dewatering in two stages, separated by the freezing and thawing process according to the invention. In the first stage of the mechanical dewatering, most of the water contained in the sludge between the microorganisms is removed, and in the second stage cell water is additionally removed from the cells destroyed by the freezing process. For the two stages of mechanical dewatering, mechanical dewatering devices of different designs and sizes adapted to the respective sludge properties can be used. The water separated in the second stage is particularly nutrient-rich due to the contents of the cell water and therefore has a particularly high biological oxygen requirement. An introduction into a digestion tower, if there is one, is therefore more advantageous than introducing this water into the activated sludge basin of the sewage treatment plant.
Durch die Entwässerung auf höhere Trockensubstanzgehalte wird der Energiebe¬ darf für die anschließende thermische Trocknung herabgesetzt. Auch für die ther¬ mische Trocknung ist die erfindungsgemäße Verletzung der Zellwände der im Schlamm enthaltenen Mikroorganismen von Vorteil.By dewatering to higher dry matter contents, the energy requirement for the subsequent thermal drying is reduced. The injury according to the invention to the cell walls of the microorganisms contained in the sludge is also advantageous for thermal drying.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch die mechanische Entwäs¬ serbarkeit von Überschußbelebtschlamm, der weit schlechter entwässerbar ist als ausgefaulter Schlamm, erheblich verbessern. Die zeitaufwendige aerobe oder anaerobe Stabilisierung des Schlammes und die teuren Einrichtungen zur Durch¬ führung einer derartigen Schlammstabilisierung werden in diesem Fall nicht be- nötigt. Da der Anteil anorganischer Stoffe im Überschußschlamm kommunaler Klär¬ anlagen vor der Faulung typischerweise bei etwa 1/3 und nach der Faulung bei etwa 1/2 liegt, erhält man außerdem durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Überschußbelebtschlamm und eine anschließende thermische Trocknung eine größere Menge an Brennstoff mit einem höheren Heizwert als bei einer Anwendung auf ausgefaulten Klärschlamm. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn durch den getrockneten Klärschlamm fossile Energieträger substituiert werden können, z.B. bei einem Einsatz in Zementöfen, Asphaltgutmischanlagen, Müllverbrennungsanlagen usw.. Bei einem Einsatz in Zementöfen und Asphaltgut¬ mischanlagen kann auch die bei der Verbrennung des Klärschlamms entstehende Schlacke den Rohstoffen zugemischt und damit genutzt werden. Wenn der getrocknete Klärschlamm als Brennstoff genutzt werden soll und wenn zur Verbesserung der mechanischen Entwässerbarkeit Konditionierungsmittel ein¬ gesetzt werden sollen, dann ist es von Vorteil, zur Konditionierung Hilfsmittel wie Kohlestaub oder Polymere zu verwenden, durch die der Heizwert des getrockneten Schlammes nicht verschlechtert sondern im Gegenteil verbessert wird. Das er¬ findungsgemäße Verfahren ist aber auch für Schlamm geeignet, dem keine Kondi¬ tionierungsmittel zugesetzt sind.The process according to the invention can also considerably improve the mechanical dewaterability of excess activated sludge, which is far more difficult to dewater than digested sludge. The time-consuming aerobic or anaerobic stabilization of the sludge and the expensive devices for carrying out such sludge stabilization are not required in this case. Since the proportion of inorganic substances in the excess sludge of municipal sewage treatment plants is typically about 1/3 before digestion and about 1/2 after digestion, the application of the process according to the invention to excess activated sludge and subsequent thermal drying also gives a larger amount of fuel with a higher calorific value than when used on digested sewage sludge. This is particularly advantageous if the dried sewage sludge can be used to substitute fossil fuels, for example when used in cement kilns, asphalt mixing plants, waste incineration plants, etc. When used in cement kilns and asphalt mixing plants, the slag resulting from the combustion of the sewage sludge can also be used mixed with the raw materials and thus used. If the dried sewage sludge is to be used as fuel and if conditioning agents are to be used to improve the mechanical dewaterability, then it is advantageous to use auxiliaries such as coal dust or polymers for the conditioning, by means of which the calorific value of the dried sludge does not deteriorate but rather The opposite is improved. However, the process according to the invention is also suitable for sludge to which no conditioning agents have been added.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können verschiedene anderweitig bekannte Einfrier- und Auftauvorrichtungen genutzt werden, z.B. Ge¬ friertunnel mit Schlamm auf Hordenwagen oder zylinderförmige Gefrierapparate mit gekühltem Zylindermantel und rotierenden Schabern. Zum Einfrieren von mecha¬ nisch nicht vorentwässertem Schlamm eignen sich z.B. Gefrierapparate, deren Bauart den Blockeiserzeugern entspricht. Die in der Figur 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen, die im folgenden näher beschrieben werden, weisen aber einige spezielle Vorteile auf.Various other known freezing and thawing devices can be used to carry out the method according to the invention, e.g. Freeze tunnel with sludge on trolleys or cylindrical freezers with a cooled cylinder jacket and rotating scrapers. For freezing mechanically not pre-dewatered sludge e.g. Freezers, the design of which corresponds to the block ice makers. The devices shown in FIGS. 1 and 2, which are described in more detail below, have some special advantages.
Die Figur 1 zeigt schematisch die wesentlichen Teile einer Anlage zum Einfrieren und Auftauen von vorentwässertem Klärschlamm 1. Dieser Schlamm wird aus einem Vorratsbehälter 2 mit Hilfe einer in Figur 1 nicht eingezeichneten Fördervor¬ richtung, z.B. einer Dickstoffpumpe auf ein Förderband 3 aufgebracht. Dieses För¬ derband weist in einer bevorzugten Ausführung einen hohen Lückenanteil auf, wie es z.B. bei Drahtgliedergurten der Fall ist. Die Maschenweite wird dabei so klein gewählt, daß kein Schlamm durch die Maschen fällt. Da mit verschiedenen der üblicherweise eingesetzten Entwässerungsgeräte ohne Probleme ein stichfester Schlamm erzeugt werden kann, kann diese Forderung ohne Schwierigkeiten erfüllt werden. Der auf das Förderband 3 aufgebrachte Schlamm wird mit Hilfe einer Kälteanlage eingefroren. Das Förderband wird mit Hilfe einer in Figur 1 nicht einge¬ zeichneten Antriebsvorrichtung bewegt und transportiert den Schlamm vom Ein- frierbereich zum Auftaubereich. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß der in der Regel am Förderband festgefrorene Schlamm zum Auftauen nicht umgelagert werden muß. Nach dem Auftauen gelangt der Schlamm über eine Austragsvor- richtung 4, die auch eine unter Umständen erforderliche aber in Figur 1 nicht einge¬ zeichnete Fördereinrichtung, z.B. eine Dickstoffpumpe enthält, in einen Behälter 5. Aus diesem Behälter 5 wird der Schlamm kontinuierlich oder chargenweise einer Vorrichtung zur mechanischen Entwässerung 6 zugeführt. Der in dieser Vorrichtung 6 entwässerte Schlamm 7 kann z.B. einer Vorrichtung zur thermischen Trocknung zugeführt werden, und das abgetrennte Wasser 8 kann z.B. in die Kläranlage zurückgeführt oder in einen eventuell vorhandenen Faulturm geleitet werden. Der Einfrier- und Auftauvorgang wird mit Hilfe einer Kompressionskälteanlage mit einem Verdichter 9, einem Kondensator 10, einem Verdampfer 11 und einem Expansionsventil 12 durchgeführt. Die zur Verdampfung des Kältemittels erforder¬ liche Wärme wird dem Verdampfer durch im Kreis geführte Luft zugeführt, die den Schlamm auf dem Förderband die entsprechende Wärme entzieht. Die Geschwin¬ digkeit des Förderbandes 3 und die Schichthöhe des Schlammes auf dem Förder¬ band werden so eingestellt, daß der Schlamm im Einfrierbereich vollständig gefriert.FIG. 1 shows schematically the essential parts of a system for freezing and thawing pre-dewatered sewage sludge 1. This sludge is applied to a conveyor belt 3 from a storage container 2 with the aid of a conveyor device not shown in FIG. 1, for example a thick matter pump. In a preferred embodiment, this conveyor belt has a high proportion of gaps, as is the case, for example, with wire link belts. The mesh size is chosen so small that no sludge falls through the mesh. Since a puncture-resistant sludge can be produced with various of the drainage devices normally used, this requirement can be met without difficulty. The sludge applied to the conveyor belt 3 is frozen using a refrigeration system. The conveyor belt is moved with the aid of a drive device (not shown in FIG. 1) and transports the sludge from the freezing area to the thawing area. It is particularly advantageous that the sludge, which is generally frozen on the conveyor belt, does not have to be rearranged for thawing. After thawing, the sludge passes into a container 5 via a discharge device 4, which also contains a conveying device which may be necessary but is not shown in FIG. 1, for example a thick matter pump Device for mechanical drainage 6 supplied. The sludge 7 dewatered in this device 6 can, for example, be a device for thermal drying are fed, and the separated water 8 can, for example, be returned to the sewage treatment plant or passed into a digestion tower which may be present. The freezing and thawing process is carried out with the aid of a compression refrigeration system with a compressor 9, a condenser 10, an evaporator 11 and an expansion valve 12. The heat required to evaporate the refrigerant is supplied to the evaporator by circulating air, which extracts the corresponding heat from the sludge on the conveyor belt. The speed of the conveyor belt 3 and the layer height of the sludge on the conveyor belt are set so that the sludge completely freezes in the freezing area.
Die Kreislaufführung der Luft erfolgt im Einfrierbereich durch Gebläse, die in der Regel Bestandteile luftbeaufschlagter Kälteanlagenverdampfer 11 sind. Sollten diese Gebläse zur Erzeugung eines angemessenen großen Luftstromes nicht aus¬ reichen, kann ein zusätzliches, in Figur 1 allerdings nicht eingezeichnetes Gebläse installiert werden. Zur Durchführung des Abtauvorganges wird Umgebungsluft 13 durch den Kondensator 10 der Kältemaschine geleitet und dadurch erwärmt. Mit Hilfe der erwärmten Luft wird der Schlamm aufgetaut. Die am Kondensator 10 übertragene Wärmeleistung entspricht der Summe aus der am Verdampfer 11 übertragenen Kälteleistung und der Verdichterleistung. Es steht daher eine größere Wärmeleistung zur Verfügung als zum Auftauen erforderlich ist.The air is circulated in the freezing area by fans, which are usually components of air-cooled refrigeration system evaporators 11. If these fans are not sufficient to generate an adequately large air flow, an additional fan, which is not shown in FIG. 1, can be installed. To carry out the defrosting process, ambient air 13 is passed through the condenser 10 of the refrigeration machine and is thereby heated. With the help of the heated air, the sludge is thawed. The heat output transmitted on the condenser 10 corresponds to the sum of the cooling output transmitted on the evaporator 11 and the compressor output. A greater heat output is therefore available than is required for thawing.
Da die zum Auftauen verwendete Luft nicht vollständig mit Wasserdampf gesättigt ist, wird dem Schlamm während des Auftauvorgangs auch eine allerdings geringe Menge Wasser entzogen. Anstelle der in Fig. 1 dargestellten Auftauung mit Frisch- luft kann die Luft wie im Einfrierbereich im Kreis geführt werden. Eine Kreislauf¬ führung der Luft im Auftaubereich ist vorteilhaft, wenn die Abluft aus diesem Bereich gereinigt werden muß.Since the air used for thawing is not completely saturated with water vapor, a small amount of water is also extracted from the sludge during the thawing process. Instead of the thawing with fresh air shown in FIG. 1, the air can be circulated as in the freezing area. A circulation of the air in the thawing area is advantageous if the exhaust air from this area has to be cleaned.
Der Schlamm sollte möglichst locker mit krümeliger Struktur auf dem Förderband liegen, so daß die Luft die Schlammschicht ohne Schwierigkeiten durchströmen kann. Die Realisierung einer krümeligen Struktur ist mit einer mechanischen Klär¬ schlammentwässerung in der Regel erreichbar. Sofern am Austritt einer etwa zwischen den Vorratsbehälter 2 und dem Förderband 3 eingebauten Förderein¬ richtung keine krümelige Struktur vorliegt, kann eine derartige Struktur durch ein- fache, der Fördervorrichtung nachgeschaltete Zerkleinerungsvorrichtungen, z.B. gelochte Bleche oder auch durch aufwendigere kommerziell erhältliche Granula¬ toren hergestellt werden. In Figur 2 ist eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In dieser Vorrichtung wird der mechanisch vorentwässerte Schlamm 1 von einem Vorratsbehälter 2 über eine Förder- und Granuliereinrichtung 14 in eine Wirbelschicht 15 eingetragen, die durch einen im Kreis geführten und durch den Verdampfer einer Kältemaschine gekühlten Luftstrom fluidisiert wird. Eine Verbesserung des Wärmeübergangs durch Installation von Wärmetauscher¬ flächen innerhalb der Wirbelschicht, wie es bei der thermischen Trocknung in einer Wirbelschicht die Regel ist, ist zwar möglich zur Durchführung des Einfriervor¬ ganges aber nicht erforderlich. Das eingefrorene Schlammgranulat wird in eine, in Figur 2 nur schematisch eingezeichnete Auftauvorrichtung 16 gefördert, die auch den Kondensator der Kältemaschine umfaßt.The sludge should lie as loosely as possible with a crumbly structure on the conveyor belt so that the air can flow through the sludge layer without difficulty. A crumbly structure can generally be achieved with mechanical sewage sludge dewatering. If there is no crumbly structure at the outlet of a conveyor device installed between the storage container 2 and the conveyor belt 3, such a structure can be produced by simple comminution devices downstream of the conveyor device, for example perforated sheets or else by more complex commercially available granulators . A further device for carrying out the method according to the invention is shown in FIG. In this device, the mechanically pre-dewatered sludge 1 is introduced from a storage container 2 via a conveying and granulating device 14 into a fluidized bed 15, which is fluidized by an air flow which is circulated and cooled by the evaporator of a refrigerator. An improvement in the heat transfer by installing heat exchanger surfaces within the fluidized bed, as is the rule in the case of thermal drying in a fluidized bed, is possible but not necessary for carrying out the freezing process. The frozen sludge granulate is conveyed into a thawing device 16, which is shown only schematically in FIG. 2 and which also includes the condenser of the refrigerator.
Die Auftauung kann wie der Einfriervorgang in einer Wirbelschicht oder ent¬ sprechend der Darstellung in Figur 1 in einer auf einem Förderband liegenden durchströmten Schicht durchgeführt werden.Thawing can be carried out like the freezing process in a fluidized bed or, as shown in FIG. 1, in a flowed-through layer lying on a conveyor belt.
Viele zur thermischen Trocknung von Klärschlamm eingesetzten Vorrichtungen eignen sich im Prinzip auch für die Durchführung des erfindungsgemäßen Einfrier- und Auftauvorganges. Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen weisen beide den Vorteil auf, daß an Oberflächen der Vorrichtung festgefrorener Schlamm nicht mit speziellen Vorrichtungen wie Schaber oder Kratzer entfernt werden muß. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren mit beiden Vor¬ richtungen kontinuierlich durchgeführt werden, so daß die Kälteleistung der Kälte¬ maschine zum Einfrieren und die Abwärme der Kältemaschine gleichzeitig zum Auftauen genutzt werden können. Many devices used for the thermal drying of sewage sludge are in principle also suitable for carrying out the freezing and thawing process according to the invention. The devices shown in FIGS. 1 and 2 both have the advantage that frozen sludge on the surface of the device does not have to be removed with special devices such as scrapers or scratches. In addition, the method according to the invention can be carried out continuously with both devices, so that the cooling capacity of the refrigerator can be used for freezing and the waste heat of the refrigerator can be used simultaneously for thawing.

Claims

Verfahren und Vorrichtungen zur Verbesserung der mechanischen Entwäs¬ serbarkeit von KlärschlammPatentansprüche Methods and devices for improving the mechanical dewaterability of sewage sludge claims
1. Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Entwässerbarkeit von wäßrigen Schlämmen mit einem erheblichen mikrobiellen Anteil, insbesondere von kom¬ munalem Klärschlamm, dadurch gekennzeichnet, daß der Klärschlamm einge- froren und anschließend aufgetaut wird.1. A process for improving the mechanical dewaterability of aqueous sludges with a considerable microbial content, in particular of municipal sewage sludge, characterized in that the sewage sludge is frozen and then thawed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mechanisch vorent¬ wässerter Schlamm behandelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that mechanically pre-dewatered sludge is treated.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Überschu߬ belebtschlamm behandelt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that excess activated sludge is treated.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß anaerob stabilisierter Schlamm behandelt wird.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that anaerobically stabilized sludge is treated.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aerob stabili¬ sierter Schlamm behandelt wird.5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that aerobically stabilized sludge is treated.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, daß der zu behandelnde Schlamm keine als Konditionierungsmittel zuge¬ setzten Fremdstoffe enthält.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sludge to be treated contains no foreign substances added as conditioning agents.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälteleistung einer Kälteanlage zum Einfrieren und gleichzeitig die Abwärme der Kälteanlage zum Auftauen des Schlammes ge¬ nutzt wird.7. Apparatus for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling capacity of a refrigeration system for freezing and at the same time the waste heat of the refrigeration system for thawing the sludge is used.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Schlamm auf einem Förderband eingefroren und aufge- taut wird und daß die Lage des Schlammes auf dem Förderband zwischen dem8. Device for performing the method according to claim 2, characterized ge indicates that the sludge is frozen and thawed on a conveyor belt and that the position of the sludge on the conveyor belt between the
Beginn des Einfriervorgangs und der Beendigung des Auftauvorganges nicht verändert werden muß. 8The beginning of the freezing process and the end of the thawing process need not be changed. 8th
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Einfrieren des Klärschlamms in einer Wirbelschicht er¬ folgt.9. Device for performing the method according to claim 2, characterized in that the freezing of the sewage sludge in a fluidized bed follows.
10. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6 in¬ nerhalb eines Verfahrens zur Entsorgung oder Verwertung von Klärschlamm, das die Verfahrensstufen "mechanisches Entwässern", "Einfrieren", "Auftauen", "mechanisches Entwässern", "Trocknen" in dieser Reihenfolge als Teilschritte enthält.10. Application of the method according to one or more of claims 1-6 within a process for the disposal or recycling of sewage sludge which comprises the process steps "mechanical dewatering", "freezing", "thawing", "mechanical dewatering", "drying" contains in this order as sub-steps.
11. Verwendung der Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 7-9 innerhalb eines Verfahrens zur Entsorgung oder Verwertung von Klärschlamm, das die Ver¬ fahrensstufen "mechanisches Entwässern", "Einfrieren", "Auftauen", "mechanisches Entwässern", "Trocknen" in dieser Reihenfolge als Teilschritte enthält. 11. Use of the devices according to any one of claims 7-9 within a process for the disposal or recycling of sewage sludge, the process steps "mechanical dewatering", "freezing", "thawing", "mechanical dewatering", "drying" in this Contains order as sub-steps.
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