DE10135623A1

DE10135623A1 - Verfahren zur mechanischen und hygienischen Stabilisierung von organischen Materialien

Info

Publication number: DE10135623A1
Application number: DE10135623A
Authority: DE
Inventors: Bernd E Erhardt; Joachim Sommer; Paul Schaad
Original assignee: All At Allgaeuer Automati GmbH
Current assignee: All At Allgaeuer Automati GmbH
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2003-02-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanischen und hygienischen Stabilisierung von wasserhaltigen, organischen Materialien (1) oder von wasserhaltigen Materialien (1) mit organischen Bestandteilen, wie beispielsweise Klärschlämmen oder Schlachtabfällen, vorzugsweise unter Zusatz von organischem und/oder anorganischem Strukturmaterial. DOLLAR A Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren mit folgenden Verfahrensschritten gelöst: DOLLAR A È Zudosierung von Zuschlagsstoffen (2), die eine Aushärtung der Ausgangsmaterialien (1) zur Folge haben, DOLLAR A È Homogenes Vermischen der Ausgangsmaterialien (1) mit den Zuschlagstoffen (2), DOLLAR A È Aushärtung und Trocknung des entstandenen stückigen Materials auf einem lockeren Haufwerk.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanischen und hygienischen Stabilisierung von wasserhaltigen, organischen Materialien oder von wasserhaltigen Materialien mit organischen Bestandteilen, wie beispielsweise Klärschlämmen oder Schlachtabfällen, vorzugsweise unter Zusatz von organischem und/oder anorganischem Strukturmaterial.

Ein Verfahren zur mechanischen Stabilisierung von organischen Materialien ist beispielsweise aus der DE 199 34 381 A1 bekannt. Bei den bekannten Verfahren werden Schlämme, vorzugsweise Industrieschlämme vorentwässert, woraufhin eine die Pelletierbarkeit verbessernde Menge einer Trockenmasse zugemischt wird. Daraufhin erfolgt die Pelletierung zu Pellets mit runden Oberflächen. Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass das entstehende Endprodukt staubfrei transportiert und gelagert werden kann.

Die entstehenden kleinen Pellets sind aber für andere Anwendungsfälle, z. B. zur Verbrennung in Verbrennungsanlagen mit Rostfeuerung ungeeignet, da die Pellets unverbrannt durch die Roste durchfallen würden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass energieintensive Heisslufttrockner zur Trocknung der hergestellten Pellets eingesetzt werden müssen. Bei der der Schlamm-Masse beigesetzten Trockenmasse handelt es sich vor allem um eine organische Abfallmasse. Diese wird zugesetzt, damit die Pelletierbarkeit des Schlamms überhaupt möglich wird. Die Wirkung besteht darin, dass durch den Zusatz dieser Trockenmasse die Körnungsstruktur und Trockensubstanz der Schlämme derart verbessert wird, dass sie der hohen mechanischen Inanspruchnahme der Pelletierung ohne nachträgliche Formveränderung standhalten.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren vorzuschlagen, das die Produktion eines stückigen Materials auf Basis von organischen Materialien ermöglicht, ohne dabei auf thermische Trocknungsanlagen zurückgreifen zu müssen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren mit folgenden Verfahrensschritten gelöst:

- Zudosierung von Zuschlagsstoffen, die eine Aushärtung der Ausgangsmaterialien zur Folge haben,
- Homogenes Vermischen der Ausgangsmaterialien mit den Zuschlagsstoffen,
- Aushärtung und Trocknung des entstandenen stückigen Materials auf einem lockeren Haufwerk.

Das Verfahren ist besonders für solche Materialien geeignet, die aufgrund ihres Wassergehalts und/oder ihrer biologischen Aktivität und/oder ihrer pathogenen Inhaltsstoffe für eine energetische Verwertung oder Lagerung oder anderweitige Nutzung nicht oder nur mit Vorbehandlungsmassnahmen eingesetzt werden können. Das Verfahren ist umweltfreundlich und dient zur Herstellung von stückigen Materialien mit unbegrenzter Lagerfähigkeit, Geruchsneutralität, hygienischer Unbedenklichkeit, mechanischer Stabilität im Hinblick auf die Lagerung als Haufwerk, Stapelbarkeit als luftdurchlässiges Haufwerk und mechanischer Stabilität im Hochtemperaturbereich. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik ist die Härtung des Ausgangsmaterials auf die Eigenschaften der Zuschlagsstoffe zurückzuführen und nicht auf die mechanische Behandlung beispielsweise in Pelletier- oder Brikettieranlagen. Ein grosser Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass zur Trocknung keine zusätzlichen Gerätschaften notwendig sind. Aufgrund der Größe des entstandenen stückigen Materials kann die Trocknung in einem lockeren Haufwerk erfolgen. Die Trocknung von Pellets in einem lockeren Haufwerk ist aufgrund der relativen Luftundurchlässigkeit nicht ohne Zwangsbelüftung möglich.

Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können organischen und/oder anorganischen Strukturmaterialien wie beispielsweise Stroh, Kleie, Tiermehl, Rechengut, Abfälle, Sand, etc. beigefügt werden. Dies dient unter anderem der Brennwerterhöhung.

Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass mit Hilfe des Verfahrens stückiges Material, z. B. zylinderförmig, rohrförmig, quaderförmig mit einem mittleren Rauminhalt von mindestens 0,5 Liter produziert wird.

Stückiges Material dieser Größe hat günstige Trocknungseigenschaften und eignet sich besonders für die Verbrennung in Rostfeuerungsanlagen. In Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass als Zuschlagsstoffe Stoffe verwendet werden, die mit dem Wasseranteil des Ausgangsmaterials exotherm reagieren. Als Zuschlagsstoffe können somit anorganische Stoffe wie beispielsweise Zement, Brandkalk und Kalkhydrat eingesetzt werden. Es ist auch die Zugabe von Gips, Ton oder Lehm möglich. Die beschriebenen Materialien führen zu einer Aushärtung des Gemisches durch eine zum Teil exotherme chemische Reaktion, die die Temperatur anhebt und dadurch Wasser austreibt. Gleichzeitig werden durch die Temperaturerhöhung bzw. chemischen Reaktionen biogene Keime abgetötet. Die Temperaturerhöhung sorgt für eine schnelle Trocknung im Haufwerk durch Wasseraustreibung, Selbsterwärmung und Erhöhung der Luftbewegung.

Es können jedoch auch weitere organische Zuschlagsstoffe wie beispielsweise wasserhärtende Kunststoffe (PU-Schäume) zugesetzt werden. Bei diesen findet zwar keine exotherme Reaktion statt, jedoch sorgen die wasserhärtenden Kunststoffe für eine Aushärtung des Ausgangsmaterials.

Es ist von besonderem Vorteil, dass die Reaktion zwischen Zuschlagsstoffen und dem wasserhaltigen Ausgangsmaterial eine Hydratationsreaktion ist. Hydratationsreaktionen finden beispielsweise bei der Verwendung von Zement und Brandkalk als Zuschlagsstoff statt. Der Brandkalk CaO reagiert mit Wasser zu Kalziumhydroxid CA(OH)₂. Dies führt zu einer schnellen Trocknung und zu einer Aushärtung des organischen Materials zu stückigem Endmaterial.

Besonders problematisch ist die Weiterverarbeitung von mit pathogenen Keimen oder Prionen belasteten Schlachtabfällen. Auch hierfür sieht das erfindungsgemässe Verfahren gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung eine Lösung vor. Es ist vorgesehen, dass die Reaktion von Zuschlagsstoffen und Ausgangsmaterial eine pH-Wert Verschiebung, vorzugsweise eine pH-Wert Steigerung der Gesamtmischung zur Folge hat. Aufgrund der pH-Wert Verschiebung ist es den pathogenen Organismen nicht möglich, weiter zu existieren. Je nach Ausmass der pH- Wert Verschiebung ist auch die Unschädlichmachung von Prionen möglich. Durch die Reaktion von Brandkalk oder Zement mit Wasser kommt es zu einer erheblichen Alkalisierung des pH-Werts. Dies hat eine Hygienisierung des Gesamtmaterials zur Folge.

Um eine vordefinierte Form des stückigen Endprodukts zu gewährleisten, ist gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens vorgesehen, dass dem Mischprozess von Ausgangsmaterial und Zuschlagsstoffen ein Formgebungsprozess nachgeschaltet ist. Beispielsweise kann als Formgebungseinheit ein Extruder oder eine Kolbenpresse vorgesehen sein, die den Zweck hat, das Stoffgemisch in eine für die nachfolgende Lagerung und Verwertung besonders vorteilhafte Form zu überführen. Eine definierte Form ist beispielsweise bei der Verwendung des Ausgangsmaterials in Rostfeuerungsanlagen von Vorteil, um mit Sicherheit zu gewährleisten, dass der Brennstoff nicht durch den Rost hindurchfällt.

Eine besonders zweckmäßige Form des Verfahrens sieht vor, dass die Formgebung unter Zuhilfenahme von Hüllmaterialien erfolgt. Die Hüllmaterialien werden mit dem Stoffgemisch gefüllt. Die Hüllmaterialien können sowohl organischer als auch anorganischer Natur sein. Es können beispielsweise Stoff, Papier, Pappe, Strohmatten, Schilfmatten, Metalldrahtgitter, Kunststoffgitter oder Kunststoff-Folien eingesetzt werden. Die Verwendung von Hüllmaterialien hat eine Erhöhung der Abriebfestigkeit und der mechanischen Stabilität zur Folge.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Trocknung des lockeren Haufwerks überdacht erfolgt. So ist gewährleistet, dass Niederschlag abgehalten wird, der zu einer Verlängerung der Trocknungsdauer führen würde.

Die Trocknung im Haufwerk erfolgt, wie bereits erwähnt, zum einen durch die exotherme Reaktion des Zuschlagsstoffs mit dem Ausgangsmaterial, was zu einer Selbsterwärmung führt. Weiterhin sorgt die biologische Aktivität zusätzlich für einen Trocknungseffekt. Durch beide Effekte wird Wasser ausgetrieben.

Falls besondere Eile besteht, ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Trocknung unter Zuhilfenahme von Gebläsen erfolgt.

Um den Trocknungseffekt und den Aushärteprozess zu beschleunigen kann die Trocknung unter Zuführung von Wärme erfolgen.

Mit Hilfe des Verfahrens wird ausgehärtetes, stickiges Material hergestellt, welches sich besonders zur Verwendung in Verbrennungsanlagen mit Rostfeuerung eignet.

Bei allen bisherigen Verfahren war der Klärschlamm häufig zu feucht, um thermisch mit Nettoenergiegewinn verwertet zu werden. Viel problematischer ist die Tatsache, dass der Klärschlamm bisweilen viel zu feinkörnig war. Er fällt deshalb durch den Rost, so dass der Ausbrand nicht gewährleistet werden kann. Daher ist die Verwendung des ausgehärteten, stückigen Materials in Verbrennungsanlagen besonders sinnvoll. Durch die Stückigkeit des Materials ist eine vollständige thermische Verwertbarkeit gewährleistet.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht mit Vorteil vor, dass das ausgehärtete, stückige Material in Vergasungsanlagen, vorzugsweise in Kupolöfen, zu Synthesegasen weiterverarbeitet wird. Bei Vergasungsanlagen muss eine gute Durchströmbarkeit des Füllmaterials mit Luft gewährleistet sein. Das Porenvolumen der Schüttung ist also von entscheidender Bedeutung. Hohe Feinanteile im Einsatzstoff können zu Betriebsstörungen führen. Ferner werden bei Hochtemperatur- Vergasungsanlagen zum Teil Stoffe mit mechanisch stützender Wirkung, wie beispielsweise Koks in der Hochtemperaturzone benötigt. Bei diesen stützenden Einsatzstoffen sind weniger der Heizwert als die mechanische Stabilität im Hochtemperaturbereich von Bedeutung. Ferner muss bei Hochtemperatur-Vergasungsverfahren zum Teil Kalkstein als Zuschlagsstoff zur Regulierung des Schlacke-Fliessverhaltens eingesetzt werden. Hier kommen die besonderen Vorteile des beim erfindungsgemäßen Verfahren entstandenen Endprodukts zur Geltung. Das stückige Material weist einen geringen Wassergehalt und eine definierte und anpassbare stückige Form auf. Daher kann über die Größe der Zuschlagsstoffe das Schmelzverhalten und die mechanische Stabilität im Hochtemperaturbereich eingestellt werden.

Es ist mit Vorteil vorgesehen, dass dem Ausgangsmaterial Kalk zugesetzt wird. Der Vorteil liegt hierbei in der erhöhten Lagerfähigkeit und darin, dass das entstehende stückige Endprodukt hygienisch unbedenklich ist.

In der einzigen Zeichnung ist der Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt. Anhand der Zeichnung wird das Verfahren näher beschrieben.

Organische Ausgangsstoffe 1, hier Klärschlämme, und Zuschlagsstoffe 2, hier Zement, werden in einem bestimmten Mengenverhältnis dosiert. Die Dosierung erfolgt in einer Dosiervorrichtung 3. Der Dosiervorrichtung 3 ist ein Mischer 4 nachgeschaltet, in dem die homogene Vermischung von Ausgangsstoffen 1 und Zuschlagsstoffen 2 erfolgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist dem Mischer 4 eine Formgebungseinheit 5 nachgeschaltet. Die Formgebungseinheit 5 kann beispielsweise als Extruder oder Kolbenpresse ausgeführt sein. Zur Erhöhung der Abriebfestigkeit und der mechanischen Stabilität werden Hüllmaterialien 6 eingebracht, die mit Stoffgemisch gefüllt werden. In den Hüllstoffen kommt es nun zu chemischen Reaktionen der Zuschlagsstoffe mit den Ausgangsmaterialien. Bei der Verwendung von Zement erfolgt eine Hydratationsreaktion. Diese Reaktion ist exotherm, wodurch sich die Temperatur des stückigen Materials erhöht. Die Reaktion sorgt gleichzeitig für eine pH-Wertverschiebung in den alkalischen Bereich. Durch die Hydratation wird Wasser in Form von Hydroxid gebunden. Das gesamte Material härtet zu einem stückigen Endprodukt aus. Die Aushärtung erfolgt mit dem Trocknungsprozess in einem losen Haufwerk 8. Zur Beschleunigung des Aushärtungs- und Trocknungsprozesses wird trockene Luft 7 mittels Zwangsbelüftung direkt in das lockere Haufwerk 8 zugeführt.

In einer Vergasungsanlage 9 wird das stückige Material in einem Kupolofen vergast. In der Hochtemperaturzone des Kupolofens herrscht eine Reaktionstemperatur von 2000°C, bei der vor allem die Rohgase Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff H₂ entstehen. BEZUGSZEICHENLISTE 1 organische Ausgangsstoffe
2 Zuschlagsstoffe
3 Dosierung
4 Mischer
5 Formgebungseinheit
6 Hüllmaterialien
7 trockene Luft
8 loses Haufwerk
9 Vergasungsanlage

Claims

1. Verfahren zur mechanischen und hygienischen Stabilisierung von wasserhaltigen, organischen Materialien oder von wasserhaltigen Materialien mit organischen Bestandteilen, wie beispielsweise Klärschlämmen oder Schlachtabfällen, vorzugsweise unter Zusatz von organischen und/oder anorganischen Strukturmaterial dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind:

- Zudosierung (3) von Zuschlagsstoffen (2), die eine Aushärtung der Ausgangsmaterialien (1) zur Folge haben,

- Homogenes Vermischen (4) der Ausgangsmaterialien (1) mit den Zuschlagsstoffen (2),

- Aushärtung und Trocknung des entstandenen stückigen Materials auf einem lockerem Haufwerk (8).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verfahren stückiges Material mit einem mittleren Rauminhalt von mindestens 0,5 Liter entsteht.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zuschlagsstoffe (2) Stoffe verwendet werden, die mit dem Wasseranteil des Ausgangsmaterials exotherm reagieren.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion zwischen Zuschlagsstoffen (2) und dem wasserhaltigen Ausgangsmaterial (1) eine Hydratationsreaktion ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion von Zuschlagsstoffen (2) und Ausgangsmaterial (1) eine pH-Wert Verschiebung, vorzugsweise eine pH-Wert Steigerung der Gesamtmischung zur Folge hat.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mischprozess (4) von Ausgangsmaterial (1) und Zuschlagsstoffen (2) ein Formgebungsprozess (5) nachgeschaltet ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung unter Zuhilfenahme von Hüllmaterialien (6) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung überdacht erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung unter Zuhilfenahme von Gebläsen erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung unter Zuführung von Wärme erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgehärtete, stückige Material in Verbrennungsanlagen, vorzugsweise in Anlagen mit Rostfeuerung, thermisch verwertet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgehärtete, stückige Material in Vergasungsanlagen, vorzugsweise in Kupolöfen, zu Synthesegasen weiterverarbeitet wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgangsmaterial Kalk zugesetzt wird.