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Verfahren zur Beseitigung von Schlämmen, insbesondere Klär-
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und Faulschlämmen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung
von Schlämmen, insbesondere Klär- und Faulschlämmen, bei dem der Schlamm vorentwässert
und der dabei gewonnene Dickschlamm getrocknet wird und bei dem das daraus gewonnene
Trockengut verbrannt wird, wobei mit der dabei entstehenden Verbrennungswärme der
Dickschlamm getrocknet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Bei der Klärung kommunaler Abwässer aus Haushaltungen und Industrie
fallen erhebliche Mengen Schlamm an, für deren Verwertung und Beseitigung verschiedene
Wege und Verfahren zur Verfügung stehen. Der weitaus größte Teil dieser Schlämme
wird entweder in der Landwirtschaft zur Düngung verwendet oder beim Fehlen der erforderlichen
Nutzfläche als Naßschlamm in Deponien eingelagert. Allerdings lassen neue Klärs
chlammverordnungen eine landwirtschaftliche Ausbringung nur noch beschränkt zu,
da bezüglich der maximalen Nutzflächenbelastung und Gehalt an Schwermetallen einschneidende
Vorschriften bestehen. Auch ist das Deponieplatzangebot an Orten mit großer Bevölkerungsdichte
stark beschränkt. Zudem sind die umweltschutzbedingten baulichen Auflagen für neue
Deponien nur schwierig und mit erheblichem Kostenaufwand zu erfüllen. Aus diesem
Grunde
betreffen die neueren Entwicklungstätigkeiten die Reduktion
des Schlammvolumens auf ein Minimum und eine Überführung in eine seuchenhygienisch
einwandfreie Form.
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Zur Volumenreduktion gibt es neben der direkten Verbrennung von Naßschlamm,
die allerdings nur mit einer erheblichen Zusatzenergiezufuhr möglich ist, ein kombiniertes
Trocknungs-Verbrennungs-Verfahren. Bei diesem wird der Schlamm, der als Chemikalienschlamm,
Faul- oder Klärschlamm vorliegt, üblicherweise in Dekantern zur Abscheidung von
Oberflächenwasser mechanisch vorentwässert und in Dickschlamm übergeführt. Dieser
enthält jedoch je nach der Teilchenstruktur große Mengen Kapillarwasser und zellgebundenes
Wasser. Um auch dieses Wasser auszutreiben, müssen die bestehenden Kapillarkräfte
durch geeignete Maßnahmen aufgebrochen werden. Dies geschieht durch Trocknen des
Dickschlamms durch thermische Energiebeaufschlagung und mechanische Beanspruchung,
d.h. durch Walken, Kneten und Zertrennen verklumpter teilgetrockneter Schlämme.
Aus dem Dickschlamm wird ein Trockengut gewonnen, das üblicherweise in Form von
Trockengranulat vorliegt und das in der Regel einen Heizwert besitzt, der für die
Wasserverdampfung des im Dickschlamm enthaltenen Wassers ausreicht. Das so gewonnene
Trockengut wird einem Ofen zugeführt und in diesem verbrannt, wobei die dabei entstehende
Verbrennungswärme zurückgeführt und der Dickschlamm getrocknet wird. Auf diese Weise
soll eine autarke Verbrennung erreicht werden.
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Bei diesem Verfahren ist die Erhaltung der Verbrennungstemperatur
im Ofen besonders problematisch, da sich der Verbrennungsprozeß und der Trockenprozeß
gegenseitig negativ beeinflussen. Unter der Voraussetzung, daß der Schlamm zu Beginn
auf einen vorbestimmten Trockensubstanzgehalt getrocknet wurde, entscheidet ausschließlich
der vorhandene Heizwert des Trockengutes über eine autarke Verbrennung. Ist der
Heizwert
des Trockengutes nur gering, so entsteht ebenfalls nur
eine geringe Verbrennungswärme. Da diese Verbrennungswärme jedoch zur Trocknung
des Dickschlamms wiederverwendet und rückgeführt wird, ist aufgrund des geringen
Energieinhaltes der Verbrennungswärme nur eine schlechte Trocknung des Dickschlamms
möglich, so daß das daraus gewonnene Trockengut einen relativ großen Wasseranteil
besitzt. Trockengut mit einem relativ großen Wasseranteil besitzt jedoch nur einen
schlechten Heizwert, wenn nicht sogar einen negativen Heizwert. Diese gegenseitige
negative Beeinflussung von Verbrennung und Trocknung schaukelt sich immer mehr auf,
so daß schließlich zur Aufrechterhaltung der Verbrennung Zusatzbrennstoffe zugeführt
werden müssen. Umgekehrt wird bei einem hohen Heizwert des Trockengutes eine große
Verbrennungswärme freigesetzt, die den Dickschlamm in entsprechend großem Maße mit
einem sehr geringen Trockensubstanzgehalt trocknet.
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Der Heizwert des so gewonnenen Trockengutes wird im Laufe des Verfahrens
immer größer, so daß sich das System aufschaukelt und der Ofen aufgrund des Heizwertüberangebotes
überhitzt wird. Um dieser Überhitzung entgegenzuwirken, ist eine zusätzliche Wassereindüsung
erforderlich.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, beim eingangs
angegebenen Verfahren zur Beseitigung von Schlämmen die negative gegenseitige Beeinflussung
des Trocken-und Verbrennungsvorganges zu beseitigen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zu schaffen.
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Als Lösung wird dafür vorgeschlagen, daß ein Teil des Dickschlamms
getrocknet und das daraus gewonnene, einen Heizwertüberschuß aufweisende Trockengut
zwischengespeichert wird und daß der restliche Dickschlamm unter entsprechender
Zumischung von zwischengespeichertem Trockengut mit einem vorbestimmten Heizwert
des Gemisches verbrannt wird.
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Das so gestaltete Verfahren kann sich weder in die eine noch in die
andere Richtung aufschaukeln, d.h. es werden konstante Verhältnisse erzielt. Die
bei der Verbrennung entstehende Verbrennungswärme hängt nicht direkt und allein
vom Heizwert des Dickschlamrnes ab. Vielmehr wird der Heizwert und damit die Verbrennungswärme
vorbestimmt, indem zum Dickschlamm eine entsprechende Menge an Trockengut zugemischt
wird, das zu diesem Zweck zwischengespeichert wird. Je nach dem Heizwert und dem
Wassergehalt des Dickschlamms wird mehr oder weniger Trockengut zugemischt, so daß
das dadurch entstehende Gemisch einen vorbestimmten Heizwert erhält. Wenn Schlämme
mit hohem Heizwert verarbeitet werden, entstehen Heizwertüberschüsse, die zur Erzeugung
von Reservetrockengut benutzt werden. Die Menge des zwischengespeicherten Trockenguts
erhöht sich während dieser Periode, so daß mittels dieses Vorrats Perioden überbrückt
werden können, in denen der Schlamm nur einen geringen Heizwert besitzt. Die Zwischenspeicherung
des Trockengutes hat somit die Funktion eines Puffers. Es steht immer die gleiche
Verbrennungswärme zur Verfügung, die den Trocknungsvorgang des Dickschlamms zur
Bevorratung nicht abbrechen läßt. Dieser konstanten Zufuhr von neuem Trockengut
steht die Abfuhr für die Zumischung gegenüber, die periodisch einmal größer und
ein anderes Mal geringer ist, wobei sich im langzeitigen Mittel ein Ausgleich einstellt.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich in der Anfahrperiode, dadurch daß zwischengespeichertes
Trockengut sofort ein Gemisch mit dem Dickschlamm mit einem vorbestimmten Heizwert
gebildet werden kann, daß die nötige Verbrennungswärme für die gleich einsetzende
Trocknung des Dickschlamms und zur Gewinnung von neuem Trockengut liefert.
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Vorteilhafterweise wird der Dickschlamm zwischen 85% Trockensubstanzgehalt
und 95% Trockensubstanzgehalt getrocknet, was
in der Praxis ohne
weiteres zu erreichen ist und was ausreicht, um nach der Zumischung dem Gemisch
mit dem Dickschlamm einen ausreichenden Heizwertüberschuß zu geben, der eine autarke
Verbrennung gewährleistet.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Zumischung des
Trockenguts von der bei der Verbrennung des Gemisches entstehenden Abgastemperatur
gesteuert.
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Wird bei der Messung der Abgastemperatur ein zu hoher Wert festgestellt,
wird dem Dickschlamm weniger Trockengut zugeführt. Umgekehrt wird bei einer Messung
einer zu geringen Abgastemperatur mehr Trockengut zugemischt.
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Zur Überbrückung von langen Perioden mit Schlämmen, die nur einen
sehr geringen Heizwert aufweisen und das zwischengespeicherte Trockengut vollständig
aufbrauchen, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß
zusätzliche Energie für die Verbrennung zugeführt wird.
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Um eine optimale Verbrennung des Gemisches aus Dickschlamm und Trockengut
zu gewährleisten, wird weiterhin vorgeschlagen, daß das Schlammgemisch in Form von
Pellets zur Verbrennung eingespeist wird.
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Ein weiteres Merkmal schlägt vor, daß bei Erreichen einer bestimmten
Speichermenge von Trockengut die weitere Zufuhr von Dickschlamm in den Trockner
gedrosselt wird. Dabei kann zusätzlich das Trocknen unterbrochen werden, wodurch
eine Überhitzung des Trockengutes vermieden wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur
Beseitigung von Schlämmen ist ausgehend von einer Vorentwässerungseinrichtung für
den Schlamm zur Erzeugung von Dickschlamm, einem Trockner zum Trocknen des Dickschlamms
zur
Gewinnung von Trockengut und einem Ofen zur Verbrennung des Trockenguts, wobei der
Ofen über eine Abgasleitung oder über einen Wärmeaustauscher mit dem Trockner zum
Trocknen des Dickschlamms rückverbunden ist, gekennzeichnet durch einen dem Trockner
nachgeschalteten Trockengutspeicher und einem diesem nachfolgenden, vor den Ofen
angeschlossenen Mischer, wobei in dem Mischer außer einer Trockengutzuführung aus
dem Trockengutspeicher eine Dickschlammzuführung für die direkte Zufuhr von Dickschlamm
mündet, wobei die Zufuhr des Trockenguts in den Mischer zur Erzielung eines vorbestimmten
Heizwertes des Gemisches steuerbar ist.
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In einer Weiterbildung ist im Ofen ein Temperaturfühler zur Messung
der Abgastemperatur angeordnet, der mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung der
Zufuhr des Trockenguts vom Trockengutspeicher in den Mischer verbunden ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist im Trockengutspeicher
ein die Zufuhr von Dickschlamm in den Trockner steuerbarer Füllstandsmesser angeordnet.
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Da das Trockengut teilweise aus Staub besteht, ist eine Staubexplosion
im Speicher nicht ausgeschlossen. Daher wird schließlich mit der Erfindung vorgeschlagen,
daß am Trockengutspeicher Explosionsklappen angeordnet sind.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer
Vorrichtung zur Beseitigung von Schlämmen, insbesondere Klär- und Faulschlämmen,
anhand einer Zeichnung, deren einzige Figur die Vorrichtung schematisch zusammen
mit einem Fließschema zeigt.
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Die zu beseitigenden Schlämme, insbesondere Chemikalienschlämme, Faul-
oder Klärschlämme, werden in Form von Dünnschlamm über eine Dünnschlammzuführung
1 in die Vorrichtung eingeleitet. Die Dünnschlammzuführung 1 mündet in eine Vorentwässerungsvorrichtung
in Form eines Dekanters 2, in dem das Oberflächenwasser des Dünnschlamms mechanisch
abgeschieden wird. Das abgeschiedene Wasser wird einer Wasserabführung zugeleitet.
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Durch die Abscheidung des Wassers aus dem Dünnschlamm im Dekanter
2 wird Dickschlamm gewonnen, der einem Dickschlammbunker 4 zugeführt und dort bevorratet
wird. Der Weitertransport und die Weiterverarbeitung des im Dickschlammbunkers 4
bevorrateten Dickschlamms erfolgt über eine Dickschlammpumpe 5 und eine Dickschlammzuführung
6. Diese Dickschlammzuführung 6 verzweigt sich an einer Abzweigung 7 in eine Dickschlammzuführung
6', die in einem Trockner 8 mündet, und in eine Dickschlammzuführung 6??, die in
einem Mischer 9 mündet.
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Der Trockner 8 dient dazu, das iril je nach der Teilchenstruktur im
Dickschlamm enthaltene Kapillarwasser und zellgebundene Wasser auszutreiben, indem
die bestehenden Kapillarkräfte durch geeignete Maßnahmen aufgebrochen werden. Dies
geschieht durch Energiebeaufschlagung, d.h. durch Wärmezufuhr, und durch mechanische
Beanspruchung des Dickschlamms, indem dieser gewalkt, geknetet und gerührt wird.
Die in dieser Vorrichtung spezielle Wärmezufuhr wird später beschrieben.
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Durch das Austreiben des Wassers aus dem Dickschlamm im Trockner 8
wird ein Trockengut gewonnen, das einen relativ hohen Trockensubstanzgehalt besitzt,
der beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise
zwischen 852 und 95% liegt. Dem Trockner 8 ist ein Trockengutspeicher 10 nachgeschaltet,
in dem das im
Trockner 8 gewonnene Trockengut zwischengespeichert
und bevorratet wird. An dem Trockengutspeicher 10 ist eine Trockengutzuführung 11
angeschlossen, die in dem Mischer 9 mündet.
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Wie oben bereits ausgeführt, mündet in diesem Mischer 9 neben der
Trockengutzuführung 11 für das Trockengut die Dickschlammzuführung 6" für die direkte
Zufuhr von Dickschlamm in den Mischer 9. In diesem werden das Trockengut und der
Dickschlamm miteinander vermischt und einem Ofen 12 zugeführt, in dem das Gemisch
verbrannt wird. Dem Ofen 12 ist ein Abhitzekessel 13 nachgeschaltet, dem ein Filter
14 für die Reinigung der Abgase und ein Kamin 15 für deren Abführung folgt. Die
bei der Verbrennung im Ofen 12 anfallende Asche wird über eine Aschenabführung 16
abgeführt.
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Aus dem Abhitzekessel 13 ist eine Abgasleitung 17 bzw.
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Thermalöl-/Dampfleitung eines Wärmeaustauschers zum Trockner 8 geführt
und von diesem wieder in den Abhitzekessel 13 zurückgeführt. In dieser Abgasleitung
17 zirkuliert entweder das bei der Verbrennung im Ofen 12 entstandene heiße Abgas
oder die Verbrennungswärme wird über einen Wärmetauscher in einen den Trockner 8
durchlaufenden Wärmemittelkreislauf übertragen.
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Das Grundprinzip besteht in jedem Fall darin, daß mit der bei der
Verbrennung des Gemisches im Ofen 12 entstandenen Verbrennungswärme der Dickschlamm
im Trockner 8 getrocknet und in Trockengut übergeführt wird. Wie oben bereits ausgeführt
wurde, erfolgt die Austreibung des Kapillarwassers und des zellgebundenen Wassers
aus dem Dickschlamm neben der Wärmezufuhr zusätzlich durch mechanische Beanspruchung.
Das ausgetriebene Wasser verläßt den Trockner 8 über einen Brüdenfilter 18 und wird
in einem Kondensator 19 kondensiert. Ein Abscheider 20 trennt wertvolle aufschwimmende
Lösemittel, Fettsäuren, usw., die in den Ofen 12 rückgeführt werden. Ansonsten wird
das kondensierte Wasser der Wasserabführung 3 zugeführt. Die bei der Kondensation
im Kondensator 19 anfallende warme Luft wird einer Luftzuführung 21 zugeführt, die
den Ofen 12 mit vorgewärmter Luft versorgt. Alternativ kann auch eine Vorwärmung
des Dünnschlammes mit dem Kondensator 19 vorgenommen werden.
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Im folgenden soll nun das spezielle erfindungsgemäße Verfahren zur
Beseitigung von Schlämmen erläutert werden: Ein Teil des im Dickschlammbunker 4
gespeicherten Dickschlammes wird mittels der Dickschlammpumpe 5 über die Dickschlammzuführungen
6, 6' dem Trockner 8 zugeführt, wo es auf die oben beschriebene Weise getrocknet
und in Trockengut übergeführt wird, das im Trockengutspeicher 10 bevorratet wird.
Auf diese Weise ist im Trockengutspeicher 10 ein Reservoir an Trockengut vorhanden.
Der restliche Teil des Dickschlamms wird über die Dickschlammzuführung 6' t dem
Mischer 9 zugeführt und bildet die Grundlage der Verbrennung. Da der Dickschlamm
jedoch in der Regel einen zu geringen Heizwert für eine autarke Verbrennung besitzt,
muß Trockengut zugemischt werden, das einen Heizwertüberschuß aufweist. Die Zumischung
dieses Trockengutes erfolgt in dem Maße, daß das entstehende Gemisch aus Trockengut
und Dickschlamm einen vorbestimmten Heizwert besitzt. Dieser liefert bei der Verbrennung
des Gemisches eine bestimmte Verbrennungswärme, die zum Trocknen des Dickschlammes
im Trockner 8 verwendet wird.
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Die Menge der Trockengutzumischung zum Dickschlamm hängt von seinem
Heizwert ab, der je nach dem zu verarbeitenden Schlamm verschieden sein kann. Damit
das Gemisch jedoch immer einen vorbestimmten Heizwert besitzt, muß die Trockengutzumischung
entsprechend gesteuert werden. Um auf den Heizwert des Gemisches rückschließen zu
können, wird die bei der Verbrennung entstehende Verbrennungswärme beispielsweise
mittels eines Temperaturfühlers gemessen. Zeigt dieser eine zu hohe Abgastemperatur
an, so wird die Trockengutzumischung gedrosselt. Wenn umgekehrt der Temperaturfühler
eine zu geringe Abgastemperatur anzeigt, wird die Trockengutzumischung so lange
gesteigert, bis eine vorgegebene Abgastemperatur erreicht wird.
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Der Trockengutspeicher 10 dient somit als Puffer zur Erzielung konstanter
Verhältnisse und einer autarken Verbrennung. In Perioden, bei denen der Dickschlamm
von sich aus einen hohen Heizwert besitzt, wird der Trockengutspeicher 10 gefüllt,
da aus ihm nur relativ wenig Trockengut entnommen werden und dem Dickschlamm zugemischt
werden muß. Umgekehrt können Perioden überbrückt werden, in denen der Dickschlamm
nur einen geringen Heizwert aufweist, so daß relativ viel Trockengut zugemischt
und dem Trockengutspeicher 10 entnommen werden muß. Sollte dennoch der sehr seltene
Fall auftreten, daß für eine sehr lange Periode der Dickschlamm nur einen sehr geringen
Heizwert besitzt, wird sich der Trockengutspeicher 10 leeren, so daß zusätzliche
Energie für die Verbrennung beispielsweise in Form von Heizöl, Kohle oder Gas zugeführt
werden muß.
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Um bei vollem Trockengutspeicher 10 die weitere Zufuhr von Dickschlamm
in den Trockner 8 zu drosseln, ist im Trockengutspeicher 10 vorzugsweise ein in
der Zeichnung nicht dargestellter Füllstandsmesser angeordnet. Da das Trockengut
teilweise aus Staub besteht, ist eine Staubexplosion im Trockengutspeicher 10 nicht
ausgeschlossen.
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Aus diesem Grunde sind vorzugsweise am Trockengutspeicher 10 Explosionsklappen
angeordnet.
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B e z u g s z e i c h e n l i s tçet 1 Dünnschlammzuführung 2 Dekanter
3 Wasserabführung 4 Dickschlammbunker 5 Dickschlammpumpe 6 Dickschlammzuführung
6' Dickschlammzuführung 6" Dickschlammzuführung 7 Abzweigung 8 Trockner 9 Mischer
10 Trockengutspeicher 11 Trockengutzuführung 12 Ofen 13 Abhitzekessel Filter 15
Kamin 16 Aschenabführung 17 Ab gasleitung 18 Brüdenfilter 19 Kondensator 20 Abscheider
21 Luft zuführung