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WO2013139959A1 - Verfahren zur behandlung von klärschlamm durch zusatz von organischem polymer sowie aus dem verfahren erhaltene granulate - Google Patents

Verfahren zur behandlung von klärschlamm durch zusatz von organischem polymer sowie aus dem verfahren erhaltene granulate Download PDF

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WO2013139959A1
WO2013139959A1 PCT/EP2013/056067 EP2013056067W WO2013139959A1 WO 2013139959 A1 WO2013139959 A1 WO 2013139959A1 EP 2013056067 W EP2013056067 W EP 2013056067W WO 2013139959 A1 WO2013139959 A1 WO 2013139959A1
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WO
WIPO (PCT)
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granules
water
sewage sludge
absorbing
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/056067
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Auer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XTRACT GmbH
Original Assignee
XTRACT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE201210102473 external-priority patent/DE102012102473A1/de
Application filed by XTRACT GmbH filed Critical XTRACT GmbH
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Publication of WO2013139959A1 publication Critical patent/WO2013139959A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/121—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by mechanical de-watering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
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    • C02F2103/325—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the food or foodstuff industry, e.g. brewery waste waters from processes relating to the production of wine products
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Definitions

  • the invention is directed to a process for the treatment of sewage sludge, in which the water-containing, possibly mitteis a dehydration and / or drying process partially dewatered sewage sludge with a material containing or consisting of a water-absorbing organic polymer material is mixed, and thereby the moisture of the sewage sludge is partially absorbed by the polymer material, wherein the water-absorbing organic polymer material is water-insoluble and swellable at room temperature and normal pressure and at least 4 times, preferably at least 10 times, more preferably at least 30 times, its own weight Can absorb water.
  • the water-containing sewage sludge is converted into a granulate.
  • the water absorption capacity of the organic polymer materials is to be regarded as a material property of these pure materials; In contrast, in the real sludge-containing compositions of the invention, the actual water uptake of the water-absorbing organic polymer materials may be much lower (for example, because there is not enough water).
  • the granules thus obtained may be further treated in a process for drying by contact with a gaseous medium or by supplying thermal energy.
  • the invention is directed to granules which are obtainable by the described method, and their use.
  • Hydrous materials such as suspensions, sludges, filter cakes, pastes and wet solids, especially those from wastewater treatment, are often difficult to handle.
  • the poor storage and transport properties of wet materials are a particular problem.
  • dehumidification succeeds often only with difficulty. Due to the moisture and the partially thixotropic behavior of such materials, caking or sticking is often formed during transport, storage or processing.
  • Sewage sludge usually accumulates in sewage treatment as liquid sludge or after mechanical dewatering as a moist solid. Sewage sludge contains organic matter in the form of living or dead microorganisms; In addition, sewage sludge may contain mineral substances as well as inorganic or organic compounds which may be dissolved or undissolved. Residues from the cleaning of household waste water or industrial wastewater may contain, in addition to organic material in the form of living or dead microorganisms, numerous other compounds in different proportions, depending on the source of the wastewater.
  • Sewage sludge in this application refers to all materials originating from processes involving a step for the biological treatment of domestic or industrial wastewaters, or from processes involving a biological process step, for example using microorganisms, for example fermentation residues from biogas plants, residues from the production of foodstuffs such as cloudy substances from beer, must, wine or juices, residues from agriculture or residues from the cleaning of household wastewater or industrial wastewater.
  • microorganisms for example fermentation residues from biogas plants, residues from the production of foodstuffs such as cloudy substances from beer, must, wine or juices, residues from agriculture or residues from the cleaning of household wastewater or industrial wastewater.
  • Residues from the paper industry which in addition to mineral fillers and pigments also contain fibers and organic compounds, constitute sewage sludge in the context of the invention.
  • the mechanical dewatering of sewage sludge and / or residues from the purification of domestic wastewater or industrial wastewater is usually first by filter presses, centrifuges, belt presses or screw presses after the liquid sludge flocculants, such as organic polymeric compounds were added.
  • a particular problem is the poor handling, storage and transport properties of sewage sludge. Due to the high humidity and partly thixotropic behavior, caking is often formed.
  • WO 2005 095 291 describes a process in which first a sewage sludge suspension is thickened with the aid of a flocculant in the form of an organic polymer material and then a second flocculant based on an organic polymer material is added to the thickened suspension and finally a mechanical dewatering process follows ,
  • EP 2 228 347 describes a method and an apparatus for dewatering mechanically dewatered sewage sludge.
  • the sewage sludge is conveyed by means of a screw located in a closed housing along the longitudinal axis of the screw conveyor in a conveying direction, being blown for further dewatering of sewage sludge air substantially perpendicular to the conveying direction in the closed housing and the sewage sludge is acted upon with the air. This has a high expenditure on equipment and energy costs result.
  • the object is achieved by a method for treating sewage sludge, in which the water-containing sewage sludge is mixed with a material containing or consisting of a water-absorbing organic polymer material and the moisture of the sewage sludge is at least partially absorbed by the polymer material, wherein the Water-absorbing, organic polymer material is water-insoluble and swellable at room temperature and atmospheric pressure and can absorb at least 4 times, preferably at least 10 times, more preferably at least 30 times its own weight of water.
  • the water-containing sewage sludge is converted into a granulate.
  • the water absorption capacity of the organic polymer materials is to be regarded as a material property of these pure materials; in the real world
  • the sludge-containing compositions according to the invention can be the actual water absorption of the water-absorbing organic
  • polymeric materials should be much smaller (for example because not enough water is available).
  • the water-absorbing organic polymer material contains or consists of a superabsorbent and / or a hydrogel.
  • additives In addition to the water-absorbing organic polymeric materials, finely divided materials may additionally be added as additives. Additives which are combustible are of particular interest in an intentional combustion of sewage sludge.
  • the sewage sludge mixed with the polymer material is converted into a granular form, which consists of a large number of, in particular, flowable and / or free-flowing as well as particulate granules.
  • Granules are understood as meaning a flowable and pourable, particulate material.
  • the appearance is often grainy to powdery. However, the appearance thereof may vary as long as the material is flowable and free-flowing.
  • a material is defined as free-flowing and free-flowing if, in a glass cylinder filled with 500 ml volume and 48 mm diameter filled with it, a maximum of 10% by weight of the material adhere when turned over.
  • the process is preferably characterized in that the granules have a sieve passage of more than 80% by weight on a 5 mm sieve, preferably on a 4 mm sieve, more preferably on a 2.5 mm sieve.
  • the method is furthermore preferably characterized in that the dry matter content of the granules preferably obtained by application of a granulation method is 10 to 50% by weight, preferably 15 to 45% by weight, particularly preferably 20 to 35% by weight.
  • This information refers to the state immediately after the preparation, when the granules leave the granulation, as the granules can quickly release moisture in air.
  • the resulting granules form a transportable, in particular pneumatically conveyable and not to caking prone bulk material.
  • the granules do not stick permanently to each other or to the wall of containers.
  • the morphology and particle size of the granules is dependent on the type and amount of water-absorbing, organic polymer material and the type and intensity of the mixture or of the mixing unit.
  • the composition of the sewage sludge and the particle size of the water-absorbing, organic polymer material (superabsorber) can also have an influence.
  • a suitable granule size is adjusted by suitable selection and dosage amount of the water-absorbing, organic polymer material.
  • the finely divided materials according to claim 9 can be used in an amount of from 3 to 50% by mass, preferably from 5 to 30% by mass, particularly preferably from 10 to 20% by mass, based on the weight of aqueous, moist sewage sludge to which they are added. be added to optimize the granule properties.
  • the finely divided, preferably pulverulent, materials have a BET surface area of more than 50 m 2 / g, preferably more than 100 m 2 / g, particularly preferably more than 200 m 2 / g.
  • the finely divided, pulverulent materials at least 80%, preferably at least 90%, more preferably at least 95% of the adsorbed or absorbed moisture at temperatures of less than 50 ° C, preferred less than 40 ° C, more preferably less than 30 ° C, again can deliver.
  • the release of moisture takes place by contact with a gas, preferably air, at room temperature.
  • the finely divided materials are combustible.
  • coal, wood flour or other combustible materials are suitable or substances containing the materials mentioned.
  • the finely divided materials may also be added in an amount of 50 to 1000% by mass, preferably 100 to 300% by mass, particularly preferably 100 to 200% by mass, based on the mass of hydrous, moist sewage sludge to which they are added , if thereby the further, in particular thermal, recovery is favored.
  • the granules additionally from 0.1 to 20% by mass, preferably from 0.1 to 5% by mass, particularly preferably from 0.1 to 3% by mass, of materials which contain water or moisture may be added chemically, preferably cement, in particular cement with a setting time of less than 1 hour, quicklime, fly ash, anhydride or salts, which are able to move into a crystal water-rich form.
  • cement in particular cement with a setting time of less than 1 hour, quicklime, fly ash, anhydride or salts, which are able to move into a crystal water-rich form.
  • Particularly advantageous may be the addition of CaO, as this facilitates the use of the wet and dried granules, e.g. in agriculture.
  • the addition of the materials which can bind water or moisture chemically following the addition of the other additives and formation of the granules, since in this way a setting and curing of the entire mass is avoided during mixing.
  • water-absorbing organic polymeric materials primarily includes so-called “superabsorbents.”
  • superabsorbents includes in particular those polymers which are capable of absorbing by swelling a multiple of their own weight in water or other liquids and to retain the absorbed amount of liquid even under a certain pressure.
  • Superabsorbents can be of natural or synthetic origin. From DE 202011002784, potato starch or polysaccharides of a general type are known as examples of natural superabsorbents.
  • a superabsorbent is on the rise! a so-called base polymer, in particular a consisting of acrylic acid (propenoic acid, C 3 H 4 0 2 ) and sodium acrylate (sodium salt of acrylic acid, a0 2 C 3 H3) existing copolymer, wherein the ratio of the two monomers to each other may vary.
  • a so-called core crosslinker is added to the monomer solution, which connects the long-chain polymer molecules formed in places with each other by chemical bridges (crosslinked). These bridges make the polymer water insoluble.
  • the insolubility in water caused by the three-dimensional crosslinking is an essential feature of the superabsorbents or hydrogels used according to the invention.
  • This water insolubility distinguishes this polymer material substantially from chemically very similar flocculants or flocculation aids, which are not three-dimensionally crosslinked. When liquid or moisture penetrates into a polymer particle, it swells and tightens At the molecular level this network so that the liquid or moisture is bound.
  • the water-absorbing, organic polymer materials or superabsorbents are i.d.R. Small, powdery particles with diameters ranging from the nanometer range to several hundred micrometers, but can also have a size in the millimeter range.
  • synthetic superabsorbents are prepared by polymerizing partially neutralized acrylic acids in aqueous solution in the presence of polyfunctional crosslinkers by free-radical reaction to give a gel which is dried, ground and classified into the desired particle size.
  • Superabsorbents are also known which are formed in the reaction of natural compounds with synthetic materials or monomers. Furthermore, superabsorbent substances are known which form a mixture of polymeric superabsorbers and ground mineral additives.
  • SAP particles can be particles of superabsorbent polymer in the dry state, especially particles that contain either no water at all or up to about 10% by weight of water, as disclosed in DE 602004002202.
  • superabsorbent gel, superabsorbent hydrogel then refer to a superabsorbent polymer having a water content of at least about 10% by weight, typically particles that have absorbed at least their own weight and typically many times their own weight in water.
  • the use of pre-swollen superabsorbent gels or hydrogels or superabsorbent hydrogels may be advantageous because hydrogels that are not yet saturated with liquid, in some cases absorb more fluid more quickly.
  • the present invention thus also encompasses the use of hydrogels for (ver) mixing with sewage sludge.
  • EDNA European Disposables and Nonwovens Association
  • ERT EDNA Recommended Test Methods
  • a water-absorbing organic polymeric material is understood to mean all superabsorbents or superabsorbent compositions containing superabsorbents or hydrogels, which are characterized in that they are in accordance with EDNA ERT 440.2-02 or ISO 17190-5: 2001-12 have a swelling capacity (FSC value) of at least 4 g / g, preferably 10 g / g and particularly preferably more than 30 g / g.
  • FSC value swelling capacity
  • the water-absorbing organic polymeric materials include or are comprised of polymers of acrylic acid, preferably a copolymer of sodium acrylate and acrylamide.
  • the presently specified superabsorbents or hydrogels or substances or materials containing them are thus part of the subject of the invention. It is particularly advantageous with the superabsorbers or hydrogels that only a small amount is required due to their high water binding potential. In this way, the total mass of sewage sludge is increased only slightly and the cost of mixing, packaging, storage and transport is limited.
  • the superabsorbents only have to absorb a small part of the water present in order to achieve a considerable change in the consistency of the sewage sludge (suspension, sludge, filter cake or paste is introduced into the sludge) Granules converted). Due to the small amount of superabsorber added, the residual moisture content of the resulting granules is generally scarcely changed in comparison to the residual moisture of the sewage sludge before the addition of the superabsorbent. With the help of superabsorbents or hydrogels, therefore, it is possible to obtain stable and easy-to-handle granules despite a generally very high water content.
  • the addition amount of the water-absorbing organic polymeric materials may be from 0.01 to 10% by weight, preferably from 0.05 to 3% by weight, more preferably from 0.3 to 2% by weight, based on the total mass of the (wet) Sewage sludge, amount.
  • Luquasorb 1 161 from BASF or Favor from Evonik can be used. With the same dosage or processing, slightly finer granules can be obtained with Luquasorb 1161.
  • the granules are characterized in that they have a bulk density of less than 1, 6 g / cm 3 , preferably less than 1, 2 g / cm 3 , more preferably less than 1, 0 g / cm 3 , and / or a tamped density (1000 strokes in the tamping volume according to DIN 53 94) of less than 1.7 g / cm 3 , preferably less than 1.5 g / cm 3 , more preferably less than 1.4 g / cm 3 .
  • the purpose of the flocculants is to combine solid particles or microflakes into larger structures, while the purpose of the superabsorbents is to bind or absorb water.
  • Superabsorbents or hydrogels in the sense of this invention are therefore only those compounds which have a swelling capacity or a water absorption capacity of at least 4 g / g, but not such compounds which are water-soluble and act as flocculating agents (and occasionally also erroneously referred to as superabsorbents).
  • additives for reducing the development of odors for example iron sulfate, may additionally be added.
  • a combination of a superabsorbent and a finely divided material as additives for sewage sludge.
  • the finely divided material is combustible, favorable synergistic properties result: The required amount of superabsorbent for the formation of suitable granules is less, and the finely divided material has in addition to its promoting the granulation function additionally the positive effect of an energy carrier in a subsequent combustion of granules.
  • a combination of a superabsorbent and a finely divided, combustible material as additives for sewage sludge when the finely divided, combustible, material is in a moist state and for the intended use as an energy source to undergo a drying step, such as wet coal, especially lignite.
  • a drying step such as wet coal, especially lignite.
  • joint processing and drying is possible, resulting in significant cost savings.
  • the sewage sludge is mechanically dewatered, or partially dewatered, prior to the addition of the water-absorbing, organic polymer material, for example by means of a filter press or a centrifuge.
  • a dry matter content of 10 to 50 wt .-%, preferably 15 to 45 wt .-%, particularly preferably 20 to 35 wt .-%, can be achieved.
  • the sewage sludge is preferably in particulate or pasty form, but not as a suspension, and is then mixed with the water-absorbing organic polymer material and transferred to granules.
  • the mixing can be continuous or discontinuous. Continuous mixing can better prevent initial caking of the sewage sludge, especially if a partial stream of dried sewage sludge is recycled to the mixing process. In this way, the metered amount of the water-absorbing organic polymer material can be reduced.
  • coal or mineral additives as filtration aids to the not yet mechanically dewatered sewage sludge.
  • the mechanical drainage can be favorably influenced.
  • the mechanical dehydration is advantageous because in this way only comparatively small amounts of water-absorbing, organic polymer material are required to form the granules according to the invention.
  • all mixers, stirrers, kneaders or other devices can be used, which allow a sufficiently large homogeneity of the mix in a reasonable time.
  • devices with high-speed mixing tools can be suitable.
  • Typical mixing times for the formation of the granules according to the invention in devices with high-speed mixing tools are about one to three minutes.
  • all components can be added either one after the other or together in the mixing device. It may be advantageous to first add the superabsorbent and / or a finely divided and / or powdery additive and only then the sewage sludge into the mixing unit. Too long mixing time can lead to clumping and sticking; that's why it's the mixing process abort as soon as the resulting granules have sufficiently good flow properties.
  • the granules obtained according to the invention have good storage and transport properties and can be filled as bulk material in containers and removed from them again.
  • the granules are characterized in that they are pneumatically conveyed.
  • the moisture content of the resulting granules is reduced by contact with a gaseous medium, preferably by fluidized bed or fluidized bed drying, and / or by supplying thermal energy.
  • the granules can be dried by adding a gaseous medium, e.g. Air is passed through the granules or past the granules. Due to the significantly larger compared to the liquid, pasty or lumpy starting material surface of the granules drying takes place very quickly.
  • a gaseous medium e.g. Air is passed through the granules or past the granules. Due to the significantly larger compared to the liquid, pasty or lumpy starting material surface of the granules drying takes place very quickly.
  • the geometric surface of granules with a diameter of 10 mm becomes larger by a factor of 20, with a diameter of 1 mm the factor the surface enlargement 200, with a diameter of 0.1 mm, the factor of the surface enlargement 2000.
  • the time it takes water to get from the inside of a particle to its surface is considerably smaller for smaller particles than for large ones. With good gas exchange at the surface of the particles, this may be the rate-determining step for drying.
  • gaseous medium air, preferably heated air having a temperature of less than 70 ° C, particularly preferably having a temperature of 40 to 60 ° C, can be used. It is particularly advantageous to dry the moisture content of the granules obtained in the mixture with a gas which contains waste heat which is otherwise not usable.
  • the waste heat of an industrial combustion process can be used, which can no longer be used to generate electricity or steam.
  • waste heat from sewage sludge incineration can be used to dry fresh sewage sludge granules.
  • the sewage sludge Due to the good storage and transportability of the granules, which are obtained when mixing sewage sludge with the water-absorbing, organic polymer material, the sewage sludge can be easily moved to a place where such waste heat is obtained.
  • a storage in silos or a transport in silo vehicles is made possible, so that odors are avoided. Furthermore, it is possible to carry out the drying of the granules in the silo vehicle by passing air through the silo.
  • the resulting granules are in the form of a bed in a bulk material container, preferably a silo, which is flowed through by a gas, is particularly preferably flows through from bottom to top.
  • the gas velocity is preferably chosen so that the obtained granules in the form of a fixed bed and have no macroscopic movement.
  • the granules obtained may be in the form of a flat bed, wherein the height of the bed is less than 0.5 m, preferably less than 0.3 m, more preferably less than 0.1 m.
  • the drying effect can be additionally accelerated by the granules are swept by a gas stream, which is preferably produced by fans. Also contact of the granules with an absorbent pad can cause or support a moisture reduction.
  • drying units which operate on the principle of contact drying, such as drum, tumble, plate, screw or paddle dryer.
  • the formation of granules according to the invention is particularly advantageous because it significantly reduces the negative effects of the so-called "glue phase” during the drying of sewage sludge.
  • a sticky phase occurs due to the mechanical stress "Glue phase” on. This causes, for example, in thin-film dryers significant problems (for example, blockages, damage to the drives).
  • the granules can be dried without any problem, as they undergo mostly rolling motions and do not have to be cut mechanically to create a fresh surface.
  • Particularly advantageous is the formation of granules in the drying unit by adding a superabsorbent or hydrogel, when the material to be dried tends to form caking or shows thixotropic behavior.
  • the process according to the invention is particularly advantageous in the case of materials to be dried having a high degree of abrasiveness, for example sewage sludge with a high proportion of mineral compounds.
  • abrasiveness for example sewage sludge with a high proportion of mineral compounds.
  • the formation of granules the abrasive effect of such materials can be significantly reduced. This is made possible, for example, by the granules in a drum dryer performing predominantly no grinding but rolling movements.
  • Particularly advantageous in abrasive materials is the use of a drum dryer. Due to the favorable surface-to-volume ratio of a drum dryer, the proportion of granule particles that touches the dryer wall is relatively low.
  • the moisture content of the granules obtained and subsequently dried during the mixing may preferably be less than 30% by weight, preferably from 5 to 25% by weight, particularly preferably from 10 to 20% by weight.
  • the moisture content or the moisture or the residual moisture corresponds to the weight loss, which occurs at 105 ° C in a drying oven until the mass constancy is reached. Mass constancy is considered reached when the mass change between 30-minute weighing intervals less than 0.1% absolute.
  • the dry matter content (or solids content) in% corresponds to 100% minus residual moisture content (in%).
  • the invention also granules, which are obtainable by one of the claimed methods.
  • the invention preferably comprises granules comprising water-containing or moist, in particular partially dewatered, sewage sludge and also 0.01 to 10 wt.%, Preferably 0.05 to 3 wt.%, Particularly preferably 0.3 to 2 wt organic polymeric materials based on the mass of the aqueous or moist sewage sludge, preferably superabsorbent and / or hydrogel (s).
  • the dry matter content of the resulting granules is 10 to 50 wt .-%, preferably 15 to 45 wt .-%, particularly preferably 20 to 35 wt .-%.
  • a superabsorbent or a hydrogel but also mixtures of one or more superabsorbents and / or one or more hydrogels can be used.
  • the granules may contain further additives in the form of finely divided materials.
  • the finely divided additives may be either dry and / or powdery or moist.
  • dry and / or powdered additives are the lower requirement for water-absorbing organic polymeric materials.
  • wet additives is the synergy in a common drying process.
  • combustible materials are used as finely divided additives, e.g. moist or dry coal, in particular coal dust, wherein the proportion of the combustible or additives based on the dry mass of sewage sludge preferably 5 to 200 wt .-%, particularly preferably 20 to 50 wt .-%, is.
  • Finely divided additives may be: sand, CaO, pyrogenic SiO2, dusts from metal processing, filter dusts or mineral wastes.
  • the volume fraction of the cavities in a granulate bed formed from the granules is 2 to 35 wt .-%, preferably 5 to 25 wt .-%, more preferably 10 to 20%.
  • the determination of the volume fraction of the cavities can be determined by adding a water-immiscible solvent in a granular bed and the required amount is determined up to the upper edge of the granular bed.
  • a further advantage is that storage in silos or transport in silo vehicles is made possible by the conditioning of the sewage sludge according to the invention, so that odor nuisance is avoided.
  • the treatment of sewage sludge according to the invention can be carried out jointly for the mineral fraction (primary sludge), the activated sludge fraction (also biological fraction) or both.
  • the granules obtained are to be dried, it is advantageous to provide granules which, on the one hand, have the largest possible geometric surface area, but on the other hand are not blown away by the gas stream used for drying. Preference is therefore given to preparing granules having an average diameter (volume average) of 0.1 to 20 mm, preferably 0.5 to 10 mm, particularly preferably 1 to 5 mm.
  • the determination of the granule size and the mass fraction is carried out by (light microscopic) counting assuming a constant density and a spherical shape of the individual particles.
  • the granules preferably have a sieve passage of more than 80% by weight on a 5 mm sieve, preferably on a 4 mm sieve, more preferably on a 2.5 mm sieve.
  • the bulk density of the (not dried) sewage sludge granules is at least 0%, more preferably more than 20% less than the density of the sewage sludge prior to the addition of the water-absorbing, organic polymer material.
  • An advantageous embodiment of the invention is the return of a partial flow of dried material in the mixing and granulation process.
  • a partial fraction of the dried granules can be separated by sieving and the coarse and too fine granules can be recirculated to the mixing and granulation process.
  • the invention shows the advantages that sewage sludge can be converted by simple addition of a water-absorbing organic polymer material in a granulate and thus in a manageable form, so that storage or transport as bulk material or pneumatic conveying is much easier.
  • the granule structure allows a much easier evaporation or evaporation of moisture and thus efficient drying of the sewage sludge, which was possible in the prior art only by means of complex mechanical support or with the aid of considerable amounts of thermal energy.

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Description

VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VON KLÄRSCHLAMM DURCH ZUSATZ VON ORGANISCHEM POLYMER SOWIE AUS DEM VERFAHREN ERHALTENE GRANULATE
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm, bei dem der wasserhaltige, ggf. mitteis eines Entwässerungs- und/oder Trocknungsverfahrens teilentwässerter, Klärschlamm mit einem Material, das ein Wasser absorbierendes, organisches Polymermaterial enthält oder daraus besteht, vermischt wird und dabei die Feuchtigkeit des Klärschlamms vom Polymermaterial teilweise absorbiert wird, wobei das Wasser absorbierende, organische Polymermaterial bei Raumtemperatur und Normaldruck wasserunlöslich und quellfähig ist und mindestens das 4-fache, bevorzugt mindestens das 10-fache, besonders bevorzugt mindestens das 30-fache, seines Eigengewichts an Wasser absorbieren kann. Dabei wird der wasserhaltige Klärschlamm in ein Granulat überführt.
Das Wasseraufnahmevermögen der organischen Polymermaterialien ist dabei als eine Materialeigenschaft dieser reinen Materialien zu betrachten; in den realen erfindungsgemäßen, klärschlammhaltigen Zusammensetzungen kann die tatsächliche Wasseraufnahme der Wasser absorbierenden organischen Polymermaterialien dagegen auch weitaus geringer sein (beispielsweise weil gar nicht genügend Wasser vorhanden ist).
Die so erhaltenen Granulate können weiter in einem Verfahren zur Trocknung durch Kontakt mit einem gasförmigen Medium oder durch Zuführung thermischer Energie behandelt werden.
Weiterhin richtet sich die Erfindung auf Granulate, die nach den beschriebenen Verfahren erhältlich sind, und deren Verwendung.
Wasserhaltige Materialien, beispielsweise Suspensionen, Schlämme, Filterkuchen, Pasten und feuchte Feststoffe, insbesondere solche aus der Abwasseraufbereitung sind häufig schwierig zu handhaben. Dabei sind die schlechten Lager- und Transporteigenschaften von feuchten Materialien ein besonderes Problem. Insbesondere bei sehr feinteiligen Materialien oder bei Materialien, welche aus mikrobiologischen Aufbereitungsverfahren stammen, gelingt eine Entfeuchtung l häufig nur unter Schwierigkeiten. Aufgrund der Feuchte und dem teilweise thixotropen Verhalten derartiger Materialien bilden sich häufig Anbackungen oder Verklebungen bei Transport, Lagerung oder Verarbeitung.
Klärschlamm fällt üblicherweise an bei der Abwasserreinigung als Flüssigschlamm oder nach mechanischer Entwässerung als ein feuchter Feststoff. Klärschlamm enthält organisches Material in Form von lebenden oder abgestorbenen Mikroorganismen; daneben kann Klärschlamm mineralische Stoffe sowie anorganische oder organische Verbindungen enthalten, welche gelöst oder ungelöst sein können. Rückstände aus der Reinigung von Haushaltsabwasser oder industriellem Abwasser können neben organischem Material in Form von lebenden oder abgestorbenen Mikroorganismen zahlreiche weitere Verbindunggen in unterschiedlichen Mengenanteilen enthalten, je nach Herkunft des Abwassers.
Mit Klärschlamm werden in dieser Anmeldung alle Materialien bezeichnet, die aus Verfahren entstammen, welche einen Schritt zur biologischen Behandlung von Abwässern aus Haushalt oder Industrie beinhalten, oder die aus Verfahren entstammen, die eine biologische Verfahrensstufe, beispielsweise unter Verwendung von Mikroorganismen, einschließen, beispielsweise Gärreste aus Biogasanlagen, Rückstände aus der Herstellung von Nahrungsmitteln wie Trübstoffe aus Bier, Most, Wein oder Säften, Rückstände aus der Landwirtschaft oder Rückstände aus der Reinigung von Haushaltsabwasser oder industriellem Abwasser.
Auch Rückstände aus der Papierindustrie, welche neben mineralischen Füllstoffen und Pigmenten auch Fasern und organische Verbindungen enthalten, stellen Klärschlamm im Sinne der Erfindung dar.
Die mechanische Entwässerung von Klärschlamm und/oder Rückständen aus der Reinigung von Haushaltsabwasser oder industriellem Abwasser erfolgt in der Regel zunächst durch Filterpressen, Zentrifugen, Siebbandpressen oder Schneckenpressen, nachdem dem Flüssigschlamm Flockungsmittel, z.B. organische polymere Verbindungen zugegeben wurden. Ein besonderes Problem sind die schlechten Handhabungs-, Lager- und Transporteigenschaften von Klärschlamm. Aufgrund der hohen Feuchte und teilweise thixotropem Verhalten bilden sich häufig Anbackungen.
In WO 2005 095 291 wird ein Prozess beschrieben, in dem zunächst eine Klärschlamm-Suspension mit Hilfe eines Flockungsmittels in Form eines organischen Polymermaterials eingedickt und anschließend in die eingedickte Suspension ein zweites Flockungsmittel auf Basis eines organischen Polymermaterials gegeben wird und wobei schließlich ein mechanischer Entwässerungsprozess folgt.
Nach der mechanischen Entwässerung steigt der Trockenstoffgehalt auf etwa 15 bis 40%. Für eine wirtschaftlich sinnvolle Verwertung, beispielsweise als Brennstoff, sind jedoch erheblich höhere Trockenstoffgehalte erforderlich. Diese höheren Trockenstoffgehaite können erreicht werden durch Trocknung. Neben konventionellen Trocknungsverfahren wurde auch eine Trocknung mittels solarer Energie vorgeschlagen. Nachteilig bei den Trocknungsverfahren ist entweder der Energiebedarf oder der Flächen- und der Zeitbedarf, im Fall der solaren Trocknung kommt noch die Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung hinzu.
In EP 2 228 347 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwässern von mechanisch entwässertem Klärschlamm beschrieben. Der Klärschlamm wird mittels einer sich in einem geschlossenen Gehäuse befindenden Förderschnecke entlang der Längsachse der Förderschnecke in einer Förderrichtung gefördert, wobei zum weiteren Entwässern des Klärschlamms Luft im Wesentlichen senkrecht zur Förderrichtung in das geschlossene Gehäuse eingeblasen wird und der Klärschlamm mit der Luft beaufschlagt wird. Dies hat einen hohen apparativen Aufwand sowie Energiekosten zur Folge.
Nachteile beim Stand der Technik.
- Mechanische Entwässerung führt zu Trockenstoffgehalten von typischerweise nur 15 bis 30 Gew.-%, mit aufwändigen Hochdruck-Filterpressen maximal 40 bis 50 Gew.-%. - Schlämme sind nicht einfach zu handhaben, insbesondere nachteilig ist die Neigung zu Anbackungen bei Lagerung und Transport sowie die Neigung zu Thixotropie
- Herkömmliche Thermische Trocknungsverfahren sind aufwändig und teuer und benötigen entsprechendes Equipment; ein besonderes Problem stellt dabei die sogenannte„Leimphase" bei der Trocknung von Klärschlamm dar
- Trocknung mit Luft benötigt aufwändige Vorrichtungen, insbesondere für die Entstaubung der bei der Trocknung anfallenden Gasströme
- Solare Trocknungsverfahren benötigen große Fläche, solare Einstrahlung und große Verweilzeit und häufig mechanische Vorrichtungen, um den Kontakt mit der Gasatmosphäre zu verbessern
Aufgabe war es daher ein Verfahren bereit zu stellen, welches es erlaubt, die Lagerund/oder Transporteigenschaften von Klärschlamm zu verbessern sowie den Klärschlamm vorzugsweise auf eine besonders einfache und energiesparende Weise ganz oder teilweise zu trocknen.
Weiterhin war es Aufgabe, Granulate aus Klärschlamm bereitzustellen, welche gute Lager- und Transporteigenschaften sowie vorzugsweise eine geringe Restfeuchte aufweisen.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm, bei dem der wasserhaltige Klärschlamm mit einem Material, das ein Wasser absorbierendes, organisches Polymermaterial enthält oder daraus besteht, vermischt wird und dabei die Feuchtigkeit des Klärschlamms vom Polymermaterial zumindest teilweise absorbiert wird, wobei das Wasser absorbierende, organische Polymermaterial bei Raumtemperatur und Normaldruck wasserunlöslich und quellfähig ist und mindestens das 4-fache, bevorzugt mindestens das 10-fache, besonders bevorzugt mindestens das 30-fache, seines Eigengewichts an Wasser absorbieren kann. Dabei wird der wasserhaltige Klärschlamm in ein Granulat überführt.
Das Wasseraufnahmevermögen der organischen Polymermaterialien ist dabei als eine Materialeigenschaft dieser reinen Materialien zu betrachten; in den realen erfindungsgemäßen, klärschlammhaltigen Zusammensetzungen kann die tatsächliche Wasseraufnahme der Wasser absorbierenden organischen
Polymermaterialien dagegen auch weitaus geringer sein (beispielsweise weil gar nicht genügend Wasser vorhanden ist).
Vorzugsweise enthält das Wasser absorbierende, organische Polymermaterial einen Superabsorber und/oder ein Hydrogel oder besteht daraus.
Neben den Wasser absorbierenden organischen polymeren Materialien, können zusätzlich feinteilige Materialien als Additive zugegeben werden. Additive, welche brennbar sind, sind besonders interessant bei einer beabsichtigten Verbrennung des Klärschlamms.
Vorteilhafterweise wird der mit dem Polymermaterial vermischte Klärschlamm in eine Granulatform überführt, die aus einer Vielzahl von insbesondere fließfähigen und/oder schüttfähigen sowie partikelförmigen Granulaten besteht.
Unter einem Granulat wird ein fließfähiges und schüttfähiges, partikelförmiges Material verstanden. Die Erscheinungsform ist häufig körnig bis pulvrig. Jedoch kann die Erscheinungsform hiervon abweichen, solange das Material fließfähig und schüttfähig ist. Als fließ- und schüttfähig wird ein Material definiert, wenn in einem damit gefüllten Glaszylinder mit 500 ml Volumen und 48 mm Durchmesser beim Umdrehen maximal 10 Gew.-% des Materials haften bleiben.
Das Verfahren zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass die Granulate einen Siebdurchgang von über 80 Gew.-% auf einem 5 mm-Sieb, bevorzugt auf einem 4 mm-Sieb, besonders bevorzugt auf einem 2,5 mm-Sieb, aufweisen.
Das Verfahren zeichnet sich weiterhin vorzugsweise dadurch aus, dass der Trockenstoffgehalt der vorzugsweise durch Anwendung eines Granulierverfahrens erhaltenen Granulate 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 35 Gew.-%, beträgt. Diese Angaben beziehen sich auf den Zustand unmittelbar nach der Herstellung, wenn die Granulate das Granulieraggregat verlassen, da die Granulate an Luft rasch Feuchtigkeit abgeben können. Die erhaltenen Granulate bilden ein transportfähiges, insbesondere pneumatisch förderbares und nicht zu Anbackungen neigendes Schüttgut. Die Granulate kleben dabei weder dauerhaft aneinander noch an der Wand von Behältern. Bei geringer Dosiermenge des Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials können die einzelnen Granulate zwar aneinander haften; diese Haftung ist jedoch nicht dauerhaft und die Granulate lösen sich wieder leicht voneinander. Sich zwischenzeitlich bei der Lagerung durch Druck ausbildende kompakte Gebilde („Schneebälle") zerfallen bereits bei Einwirkung geringer Scherkräfte wieder in die Ausgangsgranulate.
Die Morphologie und Partikelgröße der Granulate ist dabei abhängig von Art und Menge des Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials sowie Art und Intensität der Mischung bzw. des Mischaggregats. Auch die Zusammensetzung des Klärschlamms sowie die Partikelgröße des Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials (Superabsorber) können einen Einfluss haben. Bevorzugt wird durch geeignete Auswahl und Dosiermenge des Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials eine geeignete Granulatgröße eingestellt. Diese Zusammenhänge können für die jeweilige Klärschiammzusammensetzung und - qualität durch einfache routinemäßige Mischversuche ermittelt werden. Dabei gilt: Je höher die Dosiermenge, desto feinere Granulatpartikel werden erhalten.
Die feinteiligen Materialien gemäß Anspruch 9 können in einer Menge von 3 bis 50 Massen-%, bevorzugt 5 bis 30 Massen-%, besonders bevorzugt 10 bis 20 Massen-%, bezogen auf die Masse an wasserhaltigem, feuchtem Klärschlamm, der sie zugegeben werden, zugegeben werden, um die Granulateigenschaften zu optimieren.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die feinteiligen, bevorzugt pulverförmigen, Materialien eine BET-Oberfläche von mehr als 50 m2/g, bevorzugt mehr als 100 m2/g, besonders bevorzugt mehr als 200 m2/g, auf.
Als feinteilige, bevorzugt pulverförmige, Materialien können Zeolithe, Siliciumverbindungen, vorzugsweise pyrogene oder gefällte Kieselsäuren oder Wasser absorbierende Schichtsilikate, insbesondere Bentonit, Verwendung finden oder solche Stoffe, welche die genannten Materialien enthalten.
Wenn eine spätere Trocknung und Verbrennung des Klärschlamms beabsichtigt ist, ist es vorteilhaft, wenn die feinteiligen, pulverförmigen Materialien mindestens 80%, bevorzugt mindestens 90%, besonders bevorzugt mindestens 95% der adsorbierten oder absorbierten Feuchtigkeit bei Temperaturen von weniger als 50°C, bevorzugt weniger als 40°C, besonders bevorzugt weniger als 30°C, wieder abgeben können. Die Abgabe der Feuchtigkeit erfolgt dabei durch Kontakt mit einem Gas, bevorzugt Luft, bei Raumtemperatur.
Besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine energetische Verwertung des Klärschlamms ist es, wenn die feinteiligen Materialien brennbar sind. Beispielsweise kommen hierfür Kohle, Holzmehl oder andere brennbare Materialien in Frage oder solche Stoffe, welche die genannten Materialien enthalten.
Die feinteiligen Materialien können auch in einer Menge von 50 bis 1000 Massen-%, bevorzugt 100 bis 300 Massen-%, besonders bevorzugt 100 bis 200 Massen-%, bezogen auf die Masse an wasserhaltigem, feuchtem Klärschlamm, der sie zugegeben werden, zugegeben werden, wenn dadurch die weitere, insbesondere thermische, Verwertung begünstigt wird.
Es ist auch möglich, dass dem Klärschlamm feuchte, brennbare Materialien, bevorzugt feinteilige feuchte, brennbare Materialien zugemischt werden. Auf diese Weise kann eine gemeinsame Trocknung anstelle zweier separater Trocknungsprozesse erfolgen.
Auch ist es möglich, dass zur Erhöhung der Stabilität der Granulate zusätzlich 0,1 bis 20 Massen-%, bevorzugt 0,1 bis 5 Massen-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 3 Massen-%, an Materialien, welche Wasser oder Feuchtigkeit chemisch binden können, zugegeben werden, bevorzugt Zement, insbesondere Zement mit einer Abbindezeit von weniger als 1 Stunde, gebrannter Kalk, Flugasche, Anhydrid oder Salze, welche in der Lage sind in eine kristallwasserreichere Form überzugehen. Auf diese Weise werden die erhaltenen Granulate mechanisch stabilisiert sowie hinsichtlich ihrer Lager- und Transporteigenschaften verbessert und können auch im Baubereich verwendet werden.
Besonders vorteilhaft kann der Zusatz von CaO sein, da dies eine Verwendung der feuchten und der getrockneten Granulate erleichtert, z.B. in der Landwirtschaft.
Vorzugsweise erfolgt die Zugabe der Materialien, welche Wasser oder Feuchtigkeit chemisch binden können, im Anschluss an die Zugabe der übrigen Additive und Ausbildung der Granulate, da auf diese Weise ein Abbinden und Aushärten der gesamten Masse beim Mischen vermieden wird.
Unter dem Begriff Wasser absorbierenden organischen polymeren Materialien werden in erster Linie so genannte„Superabsorber" subsumiert. Unter dem Begriff „Superabsorber" werden insbesondere solche Polymere zusammengefasst, die in der Lage sind, durch Quellung ein Mehrfaches ihres eigenen Gewichts an Wasser oder anderen Flüssigkeiten aufzunehmen und die absorbierte Flüssigkeitsmenge auch unter einem bestimmten Druck zurückzuhalten. Superabsorber können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Aus der DE 202011002784 sind als Beispiele für natürliche Superabsorber Kartoffelstärke oder Polysaccharide allgemeiner Art bekannt.
Chemisch handelt es sich bei einem Superabsorber in der Rege! um ein sogenanntes Basispolymer, insbesondere ein aus Acrylsäure (Propensäure, C3H402) und Natriumacrylat (Natriumsalz der Acrylsäure; a02C3H3) bestehendes Copolymer, wobei das Verhältnis der beiden Monomere zueinander variieren kann. Zusätzlich wird ein sogenannter Kernvernetzter der Monomerlösung zugesetzt, der die gebildeten langkettigen Polymermoleküle stellenweise untereinander durch chemische Brücken verbindet (vernetzt). Durch diese Brücken wird das Polymer wasserunlöslich. Die durch die dreidimensionale Vernetzung bewirkte Unlöslichkeit in Wasser ist ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäß verwendeten Superabsorber oder Hydrogele. Diese Wasserunlöslichkeit unterscheidet dieses Polymermaterial wesentlich von chemisch sehr ähnlichen Flockungsmitteln oder Flockungshilfsmitte!n, welche nicht dreidimensional vernetzt sind. Beim Eindringen von Flüssigkeit oder Feuchtigkeit in ein Polymerpartikel quillt dieses auf und strafft auf molekularer Ebene dieses Netzwerk, so dass die Flüssigkeit oder Feuchtigkeit gebunden wird.
Die Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterialien bzw. Superabsorber sind i.d.R. kleine, pulverförmige Teilchen mit Durchmessern vom Nanometerbereich bis hin zu mehreren hundert Mikrometern, können aber auch eine Größe im Millimeter-Bereich aufweisen. Im Allgemeinen werden synthetische Superabsorber hergestellt, indem teilneutralisierte Acrylsäuren in wässriger Lösung in Gegenwart von mehrfunktionellen Vernetzern durch radikalische Reaktion zu einem Gel polymerisiert werden, welches getrocknet, zermahlen und in die gewünschte Partikelgröße klassiert wird.
Auch sind Superabsorber bekannt, die bei der Umsetzung von natürlichen Verbindungen mit synthetischen Materialien oder Monomeren entstehen. Weiterhin sind auch superabsorbierende Stoffe bekannt, die ein Gemisch aus polymeren Superabsorbern und gemahlenen mineralischen Zusätzen ausbilden.
In der Superabsorbertechnologie wird weiterhin unterschieden zwischen Superabsorbern und Hydrogelen. Während man unter Superabsorbern die nahezu trockenen, Wasser ziehenden Substanzen versteht, sind Hydrogele bereits ganz oder teilweise gequollene Superabsorber. So können Superabsorberteilchen Teilchen aus superabsorbierendem Polymer im trockenen Zustand, speziell Teilchen, die entweder überhaupt kein Wasser oder bis zu etwa 10 Gew.-% Wasser enthalten, sein wie dies die DE 602004002202 offenbart ist. Die Begriffe Superabsorbergel, Superabsorberhydrogel beziehen sich dann auf ein superabsorbierendes Polymer mit einem Wassergehalt von mindestens etwa 10 Gew.%, typischerweise auf Teilchen, die mindestens ihr Eigengewicht und typischerweise ein Vielfaches ihres Eigengewichts an Wasser aufgenommen haben. Die Anwendung von bereits vorgequollenen Superabsorbergelen bzw. Hydrogelen oder Superabsorberhydrogelen, alles Bezeichnungen, die denselben Zustand beschreiben, kann deswegen vorteilhaft sein, weil Hydrogele, die noch nicht an Flüssigkeit gesättigt sind, in manchen Fällen weitere Flüssigkeit schneller aufnehmen. Die vorliegende Erfindung umfasst somit auch die Anwendung von Hydrogelen zur (Ver)Mischung mit Klärschlamm. Von der „European Disposables and Nonwovens Association", Avenue Eugene Plasky, 157-1030 Brüssel, Belgien (EDNA) existiert eine Schrift „EDNA Recommended Test Methods" (kurz: ERT) aus dem Jahr 2002, in der unter anderem drei Verfahren beschrieben werden, die das Quellverhalten kennzeichnen. Diese sind:
-„Free Swell Capacity" (FSC) ERT 440.2-02
- Centrifuge Retention Capacity, (CRC) ERT 441.2-02
- Absorption under Pressure, (AUP) ERT 442.2-02.
Alle vorstehend aufgeführten Materialen stellen ein Wasser absorbierendes organisches polymeres Material im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. Insbesondere werden unter einem Wasser absorbierenden organischen polymeren Material alle Superabsorber oder aber superabsorbierenden Zusammensetzungen verstanden, die Superabsorber oder Hydrogele enthalten, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie gemäß EDNA ERT 440.2-02 bzw. ISO 17190-5:2001- 12 eine Quellfähigkeit (FSC-Wert) von mindestens 4 g/g, bevorzugt 10 g/g und besonders bevorzugt mehr als 30 g/g aufweisen.
Vorzugsweise enthalten die Wasser absorbierenden organischen polymeren Materialien Polymerisate der Acrylsäure, bevorzugt ein Copolymer aus Natriumacrylat und Acrylamid, oder sind daraus aufgebaut. Die vorliegend angegebenen Superabsorber oder Hydrogele oder diese enthaltenden Stoffe oder Materialien sind somit Bestandteil des Erfindungsgegenstandes. Besonders vorteilhaft an den Superabsorbern oder Hydrogelen ist, dass aufgrund ihres großen Wasserbindungspotenzials nur eine geringe Dosiermenge benötigt wird. Auf diese Weise wird die Gesamtmasse des Klärschlamms nur unwesentlich erhöht und der Aufwand für das Mischen, Verpacken, Lagern und Transportieren hält sich in Grenzen.
Es hat sich gezeigt, dass die Superabsorber nur einen kleinen Teil des vorhandenen Wassers absorbieren müssen, um eine erhebliche Veränderung der Konsistenz des Klärschlamms zu erreichen (Suspension, Schlamm, Filterkuchen oder Paste wird in Granulat umgewandelt). Aufgrund der geringen Zusatzmenge der Superabsorber ist die Restfeuchte der erhaltenen Granulate in der Regel kaum verändert im Vergleich zur Restfeuchte des Klärschlamms vor Zugabe der Superabsorber. Mit Hilfe der Superabsorber oder Hydroge!e können deshalb stabile und gut handhabbare Granulate trotz eines in der Regel sehr hohen Wassergehaltes erhalten werden.
Die Zugabemenge der Wasser absorbierenden organischen polymeren Materialien kann 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des (feuchten) Klärschlamms, betragen.
Beispielsweise können Verwendung finden Luquasorb 1 161 der Firma BASF oder Favor der Firma Evonik. Bei gleicher Dosierung bzw. Verarbeitung können mit Luquasorb 1161 etwas feinere Granulate erhalten werden.
Es ist auch möglich, als Superabsorber oder Hydrogel sogenannte„off-spec"-Ware zu verwenden, d.h. Materialien, die fehlerhaft hergestellt oder behandelt wurden. Aufgrund der hohen Qualitätsanforderungen an Stoffe, die mit dem menschlichen Körper in Kontakt kommen können, kann es vorkommen, dass Superabsorber oder Hydrogele zwar für Hygieneanwendungen nicht (mehr) geeignet sind, z.B. wegen mikrobiologischer Verunreinigungen, für die Klärschlammbehandlung aber völlig problemlos verwendbar sind. Insofern kann das erfindungsgemäße Verfahren eine praktikable und wirtschaftlich attraktive Verwertungsmöglichkeit für derartige Fehlchargen darstellen. Auch ist es möglich, Superabsorber oder Hydrogele einzusetzen, welche bereits für eine andere Anwendung verwendet wurden, aber noch einen Teil ihrer Absorptionskapazität aufweisen.
Ferner zeichnen sich die die Granulate dadurch aus, dass sie eine Schüttdichte von weniger als 1 ,6 g/cm3, bevorzugt weniger als 1 ,2 g/cm3, besonders bevorzugt weniger als 1 ,0 g/cm3, und/oder eine Stampfdichte (1000 Hübe im Stampfvolumeter nach DIN 53 94) von weniger als 1 ,7 g/cm3, bevorzugt weniger als 1 ,5 g/cm3, besonders bevorzugt weniger als 1 ,4 g/cm3, aufweisen.
Im Gegensatz zu den als Superabsorber verwendeten organischen polymeren Materialien, welche in Wasser unlöslich (aber quellfähig) sind, weisen die als Flockungshilfsmittel für Klärschlamm verwendeten organischen polymeren
Materialien eine ähnliche chemische Grundstruktur, aber keine Vernetzung der Polymerketten auf und sind wasserlöslich.
Der Zweck der Flockungshilfsmittel ist es, Feststoffpartikel oder Mikroflocken zu größeren Gebilden zu vereinigen, während es der Zweck der Superabsorber ist, Wasser zu binden bzw. zu absorbieren.
Superabsorber oder Hydrogele im Sinne dieser Erfindung sind deshalb nur solche Verbindungen, welche eine Quellfähigkeit oder ein Wasserabsorptionsvermögen von mindestens 4 g/g aufweisen, nicht aber solche Verbindungen, welche wasserlöslich sind und als Flockungsmittel wirken (und gelegentlich fälschlicherweise ebenfalls als Superabsorber bezeichnet werden).
Weiterhin können neben dem Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterial zusätzlich Additive zur Verringerung der Geruchsentwicklung, beispielsweise Eisensulfat, zugemischt werden.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer Kombination eines Superabsorbers und eines feinteiligen Materials als Additive für Klärschlamm. Insbesondere, wenn das feinteilige Material brennbar ist, ergeben sich günstige synergistische Eigenschaften: Die benötigte Menge an Superabsorber zur Ausbildung geeigneter Granulate ist dabei geringer, und das feinteilige Material hat neben seiner die Granulatbildung fördernden Funktion zusätzlich den positiven Effekt eines Energieträgers bei einer nachfolgenden Verbrennung der Granulate.
Ganz besonders vorteilhaft ist eine Kombination eines Superabsorbers und eines feinteiligen, brennbaren Materials als Additive für Klärschlamm, wenn das feinteilige, brennbare, Material in feuchtem Zustand vorliegt und für den beabsichtigten Verwendungszweck als Energieträger einem Trocknungsschritt zu unterziehen ist, beispielsweise feuchte Kohle, besonders Braunkohle. In diesem Fall wird eine gemeinsame Verarbeitung und Trocknung ermöglicht, was erhebliche Kosteneinsparungen zur Folge hat. Vorzugsweise wird der Klärschlamm vor der Zugabe des Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials mechanisch entwässert, oder teilentwässert, beispielsweise mittels einer Filterpresse oder einer Zentrifuge. Dabei kann vorzugsweise ein Trockenstoffgehalt von 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 35 Gew.-%, erreicht werden. Nach der mechanischen Entwässerung liegt der Klärschlamm bevorzugt in stückiger oder pastöser Form, jedoch nicht als Suspension vor und wird dann mit dem Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterial vermischt und in ein Granulat überführt. Die Vermischung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Eine kontinuierliche Vermischung kann anfängliche Anbackungen des Klärschlamms besser vermeiden, insbesondere, wenn ein Teilstrom an getrocknetem Klärschlamm in den Mischprozess zurückgeführt wird. Auf diese Weise kann die Dosiermenge des Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials verringert werden.
Es ist auch möglich Kohle oder mineralische Zusätze als Filtrationshilfsmittel dem noch nicht mechanisch entwässerten Klärschlamm zuzugeben. Hierdurch kann die mechanische Entwässerung günstig beeinflusst werden.
Die mechanische Entwässerung ist vorteilhaft, da auf diese Weise nur vergleichsweise geringe Mengen an Wasser absorbierendem, organischen Polymermaterial erforderlich sind, um die erfindungsgemäßen Granulate auszubilden.
Als Mischaggregat können alle Mischer, Rührer, Kneter oder sonstige Vorrichtungen verwendet werden, welche eine hinreichend große Homogenität des Mischguts in vertretbarer Zeit ermöglichen. Vorteilhaft sind dabei Vorrichtungen mit schnelllaufenden Mischwerkzeugen. Aber auch Kneter können geeignet sein. Typische Mischzeiten zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Granulate betragen in Vorrichtungen mit schnelllaufenden Mischwerkzeugen etwa ein bis drei Minuten. Dabei können alle Komponenten entweder nacheinander oder auch gemeinsam in die Mischvorrichtung gegeben werden. Es kann vorteilhaft sein, zunächst den Superabsorber und/oder ein feinteiliges und/oder pulverförmiges Additiv und erst danach den Klärschlamm in das Mischaggregat zu geben. Eine zu lange Mischzeit kann zum Verklumpen und Verkleben führen; deshalb ist die der Mischprozess abzubrechen sobald die erhaltenen Granulate hinreichend gute Fließeigenschaften aufweisen.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Granulate weisen gute Lager- und Transporteigenschaften auf und können als Schüttgut in Behälter gefüllt und aus diesen wieder entnommen werden. Insbesondere sind die Granulate dadurch gekennzeichnet, dass sie pneumatisch förderbar sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird im Anschluss an die Granulierung der Feuchtegehalt der erhaltenen Granulate durch Kontakt mit einem gasförmigen Medium, bevorzugt mittels Wirbelschicht- oder Fließbetttrocknung, und/oder durch Zuführung thermischer Energie verringert.
Die Granulate können getrocknet werden, indem ein gasförmiges Medium, z.B. Luft, durch die Granulate oder an den Granulaten vorbei geleitet wird. Aufgrund der im Vergleich zum flüssigen, pastösen oder stückigen Ausgangsmaterial deutlich vergrößerten Oberfläche der Granulate erfolgt die Trocknung sehr rasch.
Gegenüber einem stückigen Material mit einem angenommenen durchschnittlichen Durchmesser von 20 cm (ein nicht untypischer Wert für Filterkuchen aus einer Filterpresse) wird die geometrische Oberfläche von Granulaten mit einem Durchmesser von 10 mm um den Faktor 20 größer, bei einem Durchmesser von 1 mm beträgt der Faktor der Oberflächenvergrößerung 200, bei einem Durchmesser von 0,1 mm beträgt der Faktor der Oberflächenvergrößerung 2000.
Hinzu kommt, dass die Zeit, die das Wasser benötigt, um vom Innern eines Partikels an dessen Oberfläche zu gelangen, bei kleineren Partikeln erheblich geringer ist als bei großen. Bei einem guten Gasaustausch an der Oberfläche der Partikel kann dies der Geschwindigkeit bestimmende Schritt für die Trocknung sein.
Deshalb können die Granulate in dünnen Schichten bei Raumtemperatur innerhalb weniger Stunden einen Großteil ihrer Feuchtigkeit (mehr als 60%, teilweise mehr als 85%), verlieren ohne dass es großer Gasströme bedarf! Als gasförmiges Medium kann Luft, bevorzugt erwärmte Luft mit einer Temperatur von weniger als 70°C, besonders bevorzugt mit einer Temperatur von 40 bis 60°C, verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, den Feuchtegehalt der bei der Mischung erhaltenen Granulate mit einem Gas zu trocknen, welches Abwärme enthält, die anderweitig nicht verwertbar ist. So kann die Abwärme eines industriellen Verbrennungsprozesses genutzt werden, welche sich nicht mehr zur Erzeugung von Elektrizität oder Dampf verwenden lässt. Beispielsweise kann die Abwärme bei der Verbrennung von Klärschlamm dazu genutzt werden, um frisches Klärschlammgranulat zu trocknen.
Aufgrund der großen geometrischen Oberfläche der Granulatpartikel kann aber auch mit Luft mit einer Temperatur von weniger als 50°C, bevorzugt von weniger als 40°C, besonders bevorzugt von weniger als 30°C, getrocknet werden. Dies hat den Vorteil, dass entweder nur geringe oder gar keine Energiekosten für die Trocknung erforderlich sind.
Aufgrund der guten Lager- und Transportfähigkeit der Granulate, welche beim Mischen von Klärschlamm mit dem Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterial erhalten werden, kann der Klärschlamm problemlos an einen Ort verbracht werden, an welchem derartige Abwärme anfällt.
Auch wird eine Lagerung in Silos oder ein Transport in Silofahrzeugen ermöglicht wird, so dass Geruchsbelästigungen vermieden werden. Weiterhin ist es möglich, die Trocknung der Granulate im Silofahrzeug vorzunehmen, indem Luft durch das Silo geleitet wird.
Ebenfalls möglich ist es zur Trocknung ein Gas zu verwenden, welches Staubpartikel enthält. Auf diese Weise wird neben dem Trocknungseffekt gleichzeitig eine Entstaubung des Gases ermöglicht.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung liegen die erhaltenen Granulate in Form einer Schüttung in einem Schüttgutbehälter vor, bevorzugt einem Silo, welches mit einem Gas durchströmt wird, besonders bevorzugt von unten nach oben durchströmt wird. Die Gasgeschwindigkeit wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass die erhaltenen Granulate in Form eines Festbetts vorliegen und keine makroskopische Bewegung aufweisen.
Alternativ können die erhaltenen Granulate in Form einer flach ausgebreiteten Schüttung vorliegen, wobei die Höhe der Schüttung kleiner als 0,5 m, bevorzugt kleiner als 0,3 m, besonders bevorzugt kleiner als 0,1 m, ist. Auf diese Weise wird aufgrund der großen geometrischen Oberfläche der Granulatpartikel eine wirksame Trocknung erreicht, ohne dass aufwändige mechanische Verfahren zum Wenden der Granulatschüttung erforderlich sind. Der Trocknungseffekt kann zusätzlich beschleunigt werden, indem die Granulate von einem Gasstrom überstrichen werden, welcher bevorzugt von Ventilatoren erzeugt wird. Auch Kontakt der Granulate mit einer saugfähigen Unterlage kann eine Feuchtereduktion bewirken bzw. unterstützen.
Auch bei Zuführung thermischer Energie kann die Granulatform die Trocknung begünstigen, insbesondere in Geräten, welche den zu trocknenden Stoff derartig mechanisch behandeln, dass frische Oberfläche erzeugt wird. Beispielsweise Trocknungsaggregate, welche nach dem Prinzip der Kontakttrocknung operieren, beispielsweise Trommel-, Taumel-, Teller-, Schnecken- oder Schaufeltrockner.
Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Ausbildung von Granulaten, weil dadurch die negativen Auswirkungen der sogenannten „Leimphase" bei der Trocknung von Klärschlamm deutlich abgemildert werden. Bei der Trocknung von Klärschlamm tritt infolge der mechanischen Beanspruchung zwischen 40 und 60% Trockensubstanz eine klebrige Phase, die sogenannte „Leimphase" auf. Diese bereitet beispielsweise bei Dünnschichttrocknern erhebliche Probleme (z.B. Verstopfungen, Beschädigungen der Antriebe). Im Gegensatz hierzu können die Granulate ohne Probleme getrocknet werden, da sie überwiegend rollende Bewegungen durchlaufen und nicht mechanisch zerteilt werden müssen, um frische Oberfläche zu schaffen.
Es ist auch möglich, dass Granulierung und Trocknung gemeinsam in einem Verfahrensschritt vorgenommen werden. Dabei werden keine fertig ausgebildeten Granulate dem Trockner zugeführt, sondern die Granulate im Trockner erzeugt, indem die Wasser absorbierenden organischen polymeren Materialien, insbesondere Superabsorber und/oder Hydrogele, zusammen mit dem zu trocknenden Stoff im Trocknungsaggregat durch mechanische Einwirkung vermischt werden. Es ist dabei möglich die Komponenten entweder gemeinsam oder räumlich und/oder zeitlich getrennt in das Trocknungsaggregat einzubringen.
Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung von Granulaten im Trocknungsaggregat durch Zugabe eines Superabsorbers oder Hydrogels, wenn das zu trocknende Material zur Ausbildung von Anbackungen neigt oder thixotropes Verhalten zeigt.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren bei zu trocknenden Materialien mit einer hohem Abrasivität, beispielsweise Klärschlamm mit einem hohen Anteil mineralischer Verbindungen. Durch die Ausbildung von Granulaten kann die abrasive Wirkung derartiger Materialien deutlich verringert werden. Dies wird beispielsweise dadurch ermöglicht, dass die Granulate in einem Trommeltrockner überwiegend keine schleifenden, sondern rollende Bewegungen ausführen. Besonders vorteilhaft bei abrasiven Materialien ist die Verwendung eines Trommeltrockners. Aufgrund des günstigen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses eines Trommeltrockners ist der Anteil der Granulatpartikel, der die Trocknerwand berührt, relativ gering.
Durch die guten rheologischen Eigenschaften der Granulate kann ein erhöhter Durchsatzes bei Trocknung oder Verbrennung erzielt werden, da die guten rheologischen Eigenschaften der Granulate dafür sorgen, dass alle Granulate von allen Seiten einen optimalen Kontakt zur Gasphase bzw. zum Trocknungsgas aufweisen.
Vorzugsweise kann der Feuchtegehalt der der bei der Mischung erhaltenen und anschließend getrockneten Granulate weniger als 30 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20 Gew.-%, betragen.
Der Feuchtegehalt bzw. die Feuchte bzw. die Restfeuchte (alle diese Begriffe werden hier synonym verwendet) entspricht dem Gewichtsverlust, welcher bei 105°C im Trockenschrank bis zur Erreichung der Massenkonstanz eintritt. Massenkonstanz gilt als erreicht, wenn die Massenänderung zwischen 30-minütigen Wägeintervallen weniger als 0,1 % absolut beträgt. Der Trockenstoffgehalt (oder Feststoffgehalt) in % entspricht 100% minus Restfeuchte (in %).
Gegenstand der Erfindung sind außerdem Granulate, welche nach einem der beanspruchten Verfahren erhältlich sind.
Vorzugsweise umfasst die Erfindung Granulate enthaltend wasserhaltigen oder feuchten, insbesondere teilentwässerten, Klärschlamm sowie 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 2 Gew.-%, Wasser absorbierende organische polymere Materialien bezogen auf die Masse des wasserhaltigen oder feuchten Klärschlamms, bevorzugt Superabsorber und/oder Hydrogel(e). Der Trockenstoffgehalt der erhaltenen Granulate beträgt 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 35 Gew.-%.
Es können jeweils ein Superabsorber oder ein Hydrogel, aber auch Mischungen aus einem oder mehreren Superabsorbern und/oder einem oder mehreren Hydrogelen eingesetzt werden.
Weiterhin können die Granulate weitere Additive in Form von feinteiligen Materialien enthalten. Die feinteiligen Additive können dabei entweder trocken und/oder pulverförmig oder aber feucht sein. Der Vorteil bei trockenen und/oder pulverförmigen Additiven ist der geringere Bedarf an Wasser absorbierenden organischen polymeren Materialien. Der Vorteil bei feuchten Additiven ist die Synergie bei einem gemeinsamen Trocknungsprozess. Besonders bevorzugt werden brennbare Materialien als feinteilige Additive verwendet, z.B. feuchte oder trockene Kohle, insbesondere Kohlenstaub, wobei der Anteil des oder der brennbaren Zusätze bezogen auf die Trockenmasse an Klärschlamm bevorzugt 5 bis 200 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 50 Gew.-%, beträgt.
Andere feinteilige Additive können sein: Sand, CaO, pyrogenes SiO2, Stäube aus der Metallverarbeitung, Filterstäube oder mineralische Abfälle.
Vorzugsweise beträgt der Volumenanteil der Hohlräume in einer aus den Granulaten gebildeten Granulatschüttung 2 bis 35 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20%. Die Bestimmung des Volumenanteils der Hohlräume kann bestimmt werden, indem ein mit Wasser nicht mischbares Lösemittel in eine Granulatschüttung gegeben wird und die benötigte Menge bis zum oberen Rand der Granulatschüttung bestimmt wird.
Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die erfindungsgemäße Konditionierung des Klärschlamms eine Lagerung in Silos oder ein Transport in Silofahrzeugen ermöglicht wird, so dass Geruchsbelästigungen vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Behandlung von Klärschlamm kann für die mineralische Fraktion (Vorklärschlamm), die Belebtschlamm-Fraktion (auch biologische Fraktion) oder für beide gemeinsam erfolgen.
Die optimale Granulatgröße ergibt sich aus den angestrebten Verwendungen.
Wenn die erhaltenen Granulate getrocknet werden sollen, ist es vorteilhaft ein Granulat bereitzustellen, welches einerseits eine möglichst große geometrische Oberfläche aufweist, andererseits aber nicht durch den zur Trocknung verwendeten Gasstrom weggeblasen wird. Bevorzugt werden deshalb Granulate mit einem mittleren Durchmesser (Volumenmittelwert) von 0,1 bis 20 mm, bevorzugt 0,5 bis 10 mm, besonders bevorzugt 1 bis 5 mm hergestellt. Die Bestimmung der Granulatgröße und des Massenanteils erfolgt durch (lichtmikroskopische) Auszählung unter Annahme einer konstanten Dichte und einer kugelförmigen Gestalt der einzelnen Partikel.
Je höher die Dosiermenge des Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials gewählt wird, desto feiner werden üblicherweise die Granulatpartikel. Wenn ausreichend Zeit und Raum für die Trocknung verfügbar ist, können die Granulate auch einen durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 3 mm aufweisen, wenn jedoch der Trocknungsprozess sehr effizient durchgeführt werden soll, sind kleinere Granulate anzustreben. Entsprechend sind die Kosten des Verfahrens bei feinen Granulaten aufgrund der Kosten des Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials höher. Vorzugsweise weisen die Granulate einen Siebdurchgang von über 80 Gew.-% auf einem 5 mm-Sieb, bevorzugt auf einem 4 mm-Sieb, besonders bevorzugt auf einem 2,5 mm-Sieb, auf.
In jedem Fall ist es vorteilhaft eine Schüttung der Granulate anzustreben, welche ein möglichst großes Hohlraumvolumen und einen möglichst geringen Strömungswidersand für das zur Trocknung verwendete Gas aufweist. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, indem keine zu feinen Granulate und eine weitgehend einheitliche Granulatgröße verwendet werden.
Bevorzugt ist die Schüttdichte des (nicht getrockneten) Klärschlamm-Granulats mindestens 0%, besonders bevorzugt mehr als 20% geringer als die Dichte des Klärschlamms vor der Zugabe des Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials.
Wenn die Staubbildung bei der Trocknung möglichst gering gehalten werden soll, sind größere Granulate anzustreben. Besonders bevorzugt ist die Herstellung von Granulaten mit einer mittleren Größe von 0,5 bis 10 mm, insbesondere 1 bis 5 mm, mit einer anschließenden Trocknung, bei der nur eine geringe mechanische Belastung der Granulate erfolgt. Auf diese Weise kann auf eine Entstaubung bei der Trocknung ganz verzichtet werden oder aber es kann ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Entstaubung gewählt werden (z.B. Zyklon oder Nasswäscher).
Besonders vorteilhaft ist eine Fließbett-Trocknung, da hierbei durch das Zusammenwirken von Gasstrom und mechanischer Einwirkung (z.B. Vibration) einerseits eine gute Durchmischung der Granulate und andererseits eine geringe Staubbildung erreicht wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die Rückführung eines Teilstroms an getrocknetem Material in den Misch- und Granulierprozess. Insbesondere kann dabei eine Teilfraktion der getrockneten Granulate durch Siebung abgetrennt und die zu groben und zu feinen Granulate erneut in den Misch- und Granulierprozess zurückgeführt werden.
Auf diese Weise werden die mechanischen und fördertechnischen Eigenschaften des zu trocknenden Materials verbessert, so dass eine geringere Menge an Superabsorber zur Granulierung benötigt wird.
Zusammenfassend zeigt die Erfindung die Vorteile, dass Klärschlamm durch einfachen Zusatz eines Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials in ein Granulat und damit in eine gut handhabbare Form überführt werden kann, so dass eine Lagerung oder ein Transport als Schüttgut oder eine pneumatische Förderung wesentlich erleichtert wird. Außerdem ermöglicht die Granulatstruktur eine wesentlich erleichterte Verdunstung oder Verdampfung der Feuchtigkeit und damit eine effiziente Trocknung des Klärschlamms, welche nach dem Stand der Technik nur mittels aufwändiger mechanischer Unterstützung oder unter Zuhilfenahme erheblicher Mengen an thermischer Energie möglich war.

Claims

Patentansprüche:
Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm zur Verbesserung der Handhabungs-, Lager- und/oder Transporteigenschaften, bei dem der wasserhaltige Klärschlamm mit einem Material, das ein Wasser absorbierendes, organisches Polymermaterial enthält oder daraus besteht, vermischt wird und dabei die Feuchtigkeit des Klärschlamms vom Polymermaterial teilweise absorbiert wird, wobei das Wasser absorbierende, organische Polymermateria! bei Raumtemperatur und Normaldruck wasserunlöslich und quellfähig ist und nach ISO 17190-5:2001-12 mindestens das 4-fache, bevorzugt mindestens das 10-fache, besonders bevorzugt mindestens das 30-fache, seines Eigengewichts an Wasser absorbieren kann.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser absorbierende, organische Polymermaterial einen Superabsorber und/oder ein Hydrogel enthält oder daraus besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser absorbierende, organische Polymermaterial Polymerisate der Acrylsäure, bevorzugt ein Copolymer aus Natriumacrylat und Acrylamid, enthält oder daraus aufgebaut ist und dreidimensional vernetzt ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm in ein Granulat überführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Klärschlamm vor der Zugabe des Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials mechanisch, bevorzugt mittels einer Filterpresse, Siebbandpresse, Schneckenpresse oder einer Zentrifuge, entwässert wird und nach der mechanischen Entwässerung einen Trockenstoffgehalt von 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 35 Gew.-%, aufweist und weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm vor der Zugabe des Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials in stückiger oder pastöser Form, jedoch nicht als Suspension vorliegt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockenstoffgehalt der erhaltenen Granulate 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 35 Gew.- %, beträgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabemenge des Wasser absorbierenden, organischen Polymermateriais 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 3 Gew.- %, besonders bevorzugt 0,3 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die Masse des wasserhaltigen (feuchten) Klärschlamms beträgt.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulate einen Siebdurchgang von über 80 Gew.-% auf einem 5 mm-Sieb, bevorzugt auf einem 4 mm-Sieb, besonders bevorzugt auf einem 2,5 mm-Sieb, aufweisen.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Klärschlamm neben dem Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterial zusätzlich feinteilige Materialien als Additive zugegeben werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die feinteiligen Materialien in einer Menge von 3 bis 50 Massen-%, bevorzugt 5 bis 30 Massen- %, besonders bevorzugt 10 bis 20 Massen-%, bezogen auf die Masse an Klärschlamm zugegeben werden.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die feinteiligen Materialien Zeolithe, feinteilige Siliciumverbindungen, vorzugsweise pyrogene oder gefällte Kieselsäuren oder Feuchtigkeit adsorbierende Schichtsilikate, insbesondere Bentonit sind oder diese enthalten.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die feinteiligen Materialien in einer Menge von 50 bis 1000 Massen-%, bevorzugt 100 bis 300 Massen-%, besonders bevorzugt 100 bis 200 Massen-%, bezogen auf die Masse an Klärschlamm zugegeben werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die feinteiligen Materialien brennbar sind und bevorzugt Kohle, Holzmehl oder andere brennbare Materialien sind oder diese enthalten.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Klärschlamm weitere Materialien zugemischt werden, bevorzugt feuchte, brennbare Materialien, besonders bevorzugt feinteilige, feuchte, brennbare Materialien.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu vermischenden Komponenten räumlich und/oder zeitlich getrennt in ein Mischaggregat und/oder Granulieraggregat eingebracht werden.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die, insbesondere nach einem Mischvorgang und/oder Granuliervorgang erhaltenen, Granulate pneumatisch förderbar sind.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtegehalt der bei der Mischung erhaltenen Granulate durch Kontakt mit einem gasförmigen Medium, bevorzugt mittels Wirbelschicht- oder Fließbetttrocknung, verringert wird.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtegehalt der bei der Mischung erhaltenen Granulate durch Zuführung thermischer Energie verringert wird, wobei dabei Trocknungsaggregate verwendet werden, welche nach dem Prinzip der Kontakttrocknung operieren, bevorzugt Trommel-, Taumel-, Teller-, Schneckenoder Schaufeltrockner.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium, bevorzugt Luft, eine Temperatur von weniger als 70°C, bevorzugt von weniger als 50°C, besonders bevorzugt von weniger als 40°C, aufweist, wobei das gasförmige Medium besonders bevorzugt mittels solarer Energie erwärmt wird.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erhaltenen Granulate in Form einer flach ausgebreiteten Schüttung vorliegen, wobei die Höhe der Schüttung kleiner als 0,5 m, bevorzugt kleiner als 0,3 m, besonders bevorzugt kleiner als 0,1 m, ist und wobei die Granulate mit einem Gas in Kontakt stehen, welches bevorzugt von Ventilatoren erzeugt wird.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Granulierung und Trocknung gemeinsam in einem Verfahrensschritt vorgenommen werden.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulate einen Siebdurchgang von über 80 Gew.-% auf einem 5 mm-Sieb, bevorzugt auf einem 4 mm-Sieb, aufweisen und diese Granulate einer anschließenden Trocknung unterzogen werden, wobei nach der Trocknung entweder keine Entstaubung erfolgt oder eine Entstaubung mitteis eines Zyklons oder eines Nasswäscher erfolgt.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtegehalt der getrockneten Granulate weniger als 30 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20 Gew.-%, beträgt.
24. Granulate erhältlich nach einem der vorherigen Ansprüche.
25. Granulate enthaltend Klärschlamm sowie bezogen auf das Gewicht des Klärschlamms 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 2 Gew.-%, eines Wasser absorbierenden, organischen Polymermaterials, insbesondere Superabsorber und/oder Hydrogel(e), welches bei Raumtemperatur und Normaldruck wasserunlöslich ist und mindestens das 4-fache, bevorzugt mindestens das 10-fache, besonders bevorzugt mindestens das 30-fache, seines Eigengewichts an Wasser absorbieren kann.
26. Granulate nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockenstoffgehalt 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 35 Gew.-%, beträgt.
27. Granulate nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil der Hohlräume in einer aus den Granulaten gebildeten Granulatschüttung 2 bis 35 Vol.-%, bevorzugt 5 bis 25 Vol.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20 Vol.-%, beträgt.
28. Granulate nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtegehalt der getrockneten Granulate weniger als 30 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20 Gew.-%, beträgt.
29. Granulate nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen weiteren brennbaren Zusatz, bevorzugt Kohle, enthalten, wobei der Anteil des oder der brennbaren Zusätze bezogen auf die Trockenmasse an Klärschlamm bevorzugt 5 bis 200 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 50 Gew.-%, beträgt.
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