DE10160163C2 - Verfahren zur Konditionierung von Schlämmen und/oder Suspensionen - Google Patents
Verfahren zur Konditionierung von Schlämmen und/oder SuspensionenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konditionierung von Schlämmen und/oder
Suspensionen, insbesondere von Schlämmen und/oder Suspensionen aus
Kläranlagen für kommunale Abwässer, bei denen der hohe Wasseranteil gesenkt
werden soll.
Es ist hinreichend bekannt, Klärschlämme mechanisch zu entwässern. Dies
geschieht beispielsweise mittels Dekantern, Siebbandpressfiltern oder
Kammerfilterpressen. Im Anschluss daran werden die entwässerten Klärschlämme
einer Deponierung zugeführt oder nach Zugabe von Additiven o. ä. in der
Landwirtschaft zur Düngung oder zur Bodenverbesserung eingesetzt.
Einer weiteren Deponierung der Klärschlämme steht in Deutschland die
Verschärfung der gesetzlichen Rahmenbedingungen für Klärschlämme mit ihren sehr
hohen Kohlenstoffgehalten entgegen. Als alternative Verfahren werden die
landwirtschaftliche Nutzung und die thermische Verwertung gesehen und weiter
entwickelt.
Während einer erhöhten landwirtschaftlichen Nutzung der anfallenden
Klärschlämme, die begrenzte Fläche zur Ausbringung, der überaus große
Mengenanfall kommunaler Klärschlämme und die Gefahr der unzulässigen
Schadstoffeinbringung sowie der Übersäuerung des Bodens entgegensteht, bringt
die Verwendung des Klärschlammes in thermischen Verbrennungsanlagen, wie
beispielsweise in Kraftwerken, das Problem einer vorher notwendigen Trocknung des
Schlammes auf Feuchtegehalte, die für die Verbrennung einzuhalten sind, mit sich.
Die Vortrocknung des mit einem großen Feuchtegehalt versehenen Klärschlammes
erfordert dabei den Einsatz bedeutender Trocknungsressourcen mit den damit
verbundenen erhöhten Kosten. Darüber hinaus ist eine Abtrennung der flüssigen
Bestandteile durch mechanische Verfahren aufgrund der besonderen
Bindungseigenschaften der faserigen Bestandteile an die Flüssigkeit technisch sehr
aufwendig und schwierig, so dass eine maximale Entwässerung nur bis zu einem
Restwasseranteil von 35 Gew.-% möglich ist, was für eine thermische Verwertung zu
hoch ist.
Bekannt ist ein Verfahren und eine Anlage zur Entsorgung von Klärschlamm, bei
dem nach einer mechanischen Entwässerung auf 30 bis 50% Trockensubstanz der
entstehende Kuchen zu einem Granulat von 3 bis 10 mm Korngröße zerkleinert und
das Granulat in einer weiteren Trocknungszone bei 20 bis 50°C auf 90 bis 99%
Trockensubstanz in einer Verbrennungszone verbrannt wird (DE-OS 195 02 273).
Des weiteren ist ein Verfahren zur Aufbereitung eines Klärschlammes bekannt, bei dem
der Schlamm auf einen Feststoffgehalt von < 3% eingedickt, anschließend einer
thermischen Behandlung unterzogen und nach einer weiteren Entwässerung in einen
Feststoff und ein Filtrat getrennt wird (DE-PS 39 19 350). Das Filtrat wird dabei durch
Eindampfen bei einer Temperatur unter 100°C in ein Destillat und ein Konzentrat
aufgeteilt, wobei das Destillat in die biologische Klärung zurückgeführt und das
Konzentrat dem durch Entwässerung abgetrennten Feststoff beigefügt wird.
Beide Verfahren sind uneffektiv und aufwendig zu betreiben.
Weiterhin ist eine Wibelschichtanlage zur Klärschlammverbrennung in einem
stationär und atmosphärisch betriebenen Wirbelbett bekannt, bei der eine Regelung
der Wirbelschicht unabhängig von der Brenncharakteristik des Schlammes
mindestens nach dem Sauerstoffgehalt im Ofen erfolgt (DE-OS 197 14 073). Das
beschriebene Verbrennungsverfahren in einer Wirbelschichtanlage ist
verfahrenstechnisch anhand vieler wichtiger Zusatzparameter, wie der ständigen
Überwachung der Betttemperatur, des Kohlestoffgehaltes, des
Sauerstoffüberschusses, der Brennstoffmenge, des Schwefeldioxidgehaltes, des pH-
Wertes usw. kompliziert und anfällig.
Aus der DE-PS 196 29 723 ist ein Verfahren zur Klärschlammkonditionierung
bekannt, wobei eine Reduzierung des Schwermetallgehaltes in der Trockensubstanz
und eine Verbesserung des Entwässerungsverhaltens von Klärschlamm mit FeCl3
und Kalkmilch oder mit Fe(OH)3 erreicht wird und hierfür eine ausreichende Menge
an Magnesiumsulfat zugegeben wird. Die Ermittlung der ausreichenden Menge
erfolgt dabei nach einer speziellen Formel, die die tatsächliche Schwermetallmenge
und den Grenzwert der Schwermetallbelastung beinhaltet.
Auch dieses Verfahren ist aufwendig und erfordert einen ständigen Messprozess des
jeweiligen Schwermetallgehaltes bzw. der konkret beinhalteten Schwermetallanteile
und einen Vergleich dieser mit den zulässigen Grenzwerten.
Bekannt ist ein Verfahren zum Aufbereiten von Rohschlämmen, insbesondere aus
Kläranlagen, wobei dem Rohschlamm eine aus dem Rauchgasstrom einer
Großverbrennungsanlage ausgehaltene Flugasche mit nicht dominierendem
alumosilikatischem Mineralbestand beigemischt wird und diese Zumischung in einer
solchen Größenordnung erfolgt, dass sich ein homogenes Flüssigstabilisat mit einem
pH-Wert von weniger als 11,7 einstellt (EP 0 860 402 A2). Das Gemisch soll
anschließend nach einer einfachen Entwässerung als bodenverbesserndes Substrat
eingesetzt werden. Das Verfahren sieht keinen direkten Einsatz des Gemisches in
einer thermischen Verwertungsanlage vor. Der Anteil an Trockensubstanz im
Rohschlamm liegt mit 1,5 bis 6,5% sehr niedrig. Gegen einen Einsatz des
Gemisches als Bodenverbesserungsmittel spricht der relativ hohe Anteil an
Schadstoffen im Klärschlamm sowie in der Flugasche, den das vorliegende
Verfahren in keiner Weise einschränkt, mindert oder bindet.
Letztendlich ist ein Verfahren zur Entwässerung und Trocknung von wasserhaltigen
Substanzen, insbesondere Klärschlämmen bekannt, wobei die Klärschlämme in
einem Vortrocknungsreaktor auf eine Temperatur von mindestens 50°C,
vorzugsweise 75 bis 100°C erhitzt und anschließend in einer Mahltrocknungsanlage
unter Einleitung von Luft trockengemahlen wird (DE-OS 197 42 977).
Die Nachteile des vorhergehenden Standes der Technik treffen auch auf dieses
Verfahren zu.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Nachteil des Standes der Technik
durch die Ansprüche 1-14 zu beheben.
Dabei soll eine Klärschlammkonditionierung mit einfachen und wirkungsvollen
Mitteln, bei Vermeidung größerer verfahrentechnischer Aufwendungen für eine
Vortrocknung auf kaltem Wege erreicht werden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass
Klärschlämme mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 70 Gew.-%,
mit Rückständen aus mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken,
insbesondere Flugaschen, die einen Anteil am Gesamtgemisch von 10-80 Gew.-%
haben, gemischt und nach einer Reaktionszeit direkt und ohne eine
Vortrocknung einer thermischen Verwertung zugeführt werden.
Die thermische Verwertung soll dabei erfindungsgemäß in einem nach den
Trockenverfahren zu betreibenden Zementklinkerdrehrohrofen durchgeführt werden,
wobei vorzugsweise Flugaschen mit einem Gesamtkalkgehalt von < 5 Gew.-%,
insbesondere von 5-50 Gew.-%, zum Einsatz kommen.
Der überwiegend in faseriger Form vorliegende Klärschlamm wird im Bedarfsfall vor
und/oder während seiner Vermischung mit der kalkhaltigen Flugasche auf
Korngrößen von kleiner 20 mm, vorzugsweise kleiner 5 mm, zerkleinert und
homogenisiert.
Die Zerkleinerung der faserigen Bestandteile des Klärschlammes erfolgt in einer
Mühle, vorzugsweise einer Schneidmühle und/oder einer Siebmühle und/oder in
einem Kollergang.
Klärschlämme mit einem Wasseranteil von < 20 Gew.-% werden vor der
Konditionierung mittels mechanischer Verfahren, wie beispielsweise Filtration
und/oder Zentrifugation und/oder durch Pressen und/oder anderer vergleichbarer
Verfahren entwässert.
Die Vermischung der Klärschlämme und der Flugaschen erfolgt vorzugsweise in
einem Zwangsmischer und/oder einer Mischschnecke und hier vorzugsweise
kontinuierlich, aber auch diskontinuierlich, bis zur Einstellung der Homogenität des
Gemisches.
Nach der Vermischung der beiden Bestandteile in den erfindungsgemäßen Anteilen
wird das Gemisch einer Reaktionszeit von mind. 1 min. bis max. 1 h unterzogen. Die
Länge der Reaktionszeit ist dabei von der jeweils vorhandenen mineralogischen
Zusammensetzung und der thermischen Vorgeschichte der verwendeten Flugasche,
dem konkret vorliegenden Wasseranteil im Klärschlamm und dem jeweiligen
Ascheanteil im Gemisch abhängig.
Gerade die Verwendung kalkreicher Flugaschen mit Gesamtkalkanteilen, die mind.
5 Gew.-%, vorzugsweise 5-50 Gew.-% aufweisen und eine große spezifische
Oberfläche von 1000 cm2/g bis 6000 cm2/g nach Blaine besitzen führt dazu, dass
die Flugaschen bei einer Vermischung mit dem sehr flüssigen Klärschlamm unter
Wasserentnahme in teilweise sehr kurzen Zeiten (1 min. bis 1 h) ohne eine
thermische Vorbehandlung zu festen Körpern reagieren,
z. B. Gipserhärtung
z. B. Gipserhärtung
CaSO4 + 2H2O → CaSO4.2H2O
Anhydrit + Wasser → Dihydrat
Kalkhydratation:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Branntkalk + Wasser → Kalkhydrat, welches als Anreger für die latenthydraulischen
Phasen fungiert.
Damit tritt eine Konditionierung des Klärschlammes auf kaltem Wege ein, die dazu
führt, dass rieselfähige Gemische entstehen, die sich im nachfolgenden nach dem
Trockenverfahren arbeitenden Zementklinkerdrehrohrofen unter den dann
eintretenden speziellen Bedingungen sehr gut verarbeiten lassen.
Die thermische Behandlung im Zementklinkerdrehrohrofen erfolgt bei Temperaturen
von 1200 bis 2000°C. Dabei wird die Behandlung des Gemisches in der
Kalzinierzone bei einer Temperatur von < 1200°C in einem Zeitraum von mind. 10 min.
und max. 45 min. durchgeführt. Diese spezielle Behandlung der im
erfindungsgemäßen Verhältnis und der beschriebenen Art und Weise konditionierten
in einem nach dem Trockenverfahren arbeitenden Zementklinkerdrehrohrofen führt
zu einer vollständigen Zersetzung und Oxydierung von Abfallstoffen, speziell von
organischen Verbindungen.
Die in einem Zementklinkerdrehrohrofen mit großen Massenströmen gleichzeitig
ablaufenden Misch- und Brennvorgänge im o. g. Temperaturbereich und bei der
beschriebenen Verweildauer in der Kalzinierzone führen bei dem erfindungsgemäß
konditionierten Gemisch zu neuartigen und sehr wirkungsvollen Ergebnissen.
So bewirken die o. g. Abläufe durch die Bildung niedrigerer Eutektika zu einer
Verringerung der Sintertemperatur der Klinkerbestandteile und damit zu einer
Absenkung der ansonsten in einem Drehrohrofen vorhandenen Brenntemperatur.
Es hat sich gezeigt, dass damit die im Klärschlamm enthaltenen Schadstoffe bei den
o. g. speziellen Bedingungen im Drehrohrofen in das neue Kristallgitter des
Trikalzium-Disilikat-Hydrat, verschiedener sich bildender Mischkristalle und Gel-
Phasen so integriert werden, dass sie im Nachhinein nicht mehr eluiert werden
können.
Besonders gut für eine Konditionierung von Klärschlämmen und Bindung von Wasser
lassen sich erfindungsgemäß Flugaschen einsetzen, die aus braunkohlegefeuerten
Heizkraftwerken stammen, in denen zur Rauchgasentschwefelung während der
Kohleverbrennung Kalkstein zugegeben wird.
Dieser Kalkstein entsäuert während der Verbrennung zu CaO oder verbindet sich mit
den Schwefeloxiden im Abgas zu Anhydrit. Durch die Calcitzugabe erreichen diese
Flugaschen einen Gesamtkalkgehalt von 25-60 Gew.-%, das heißt, dass diese
Aschen als hochaktiv einzuschätzen sind.
Bei einer Verwendung von Flugasche aus dem HKW Cottbus, die einen
Gesamtkalkgehalt von ca. 50 Gew.-% erreicht, wovon etwa 60 Gew.-% Freikalk
sind, lassen sich besonders gute Konditionierungseffekte des Klärschlammes
erreichen.
Erfolgt eine 30 Gew.-%ige Zugabe dieser Wirbelschicht-Flugasche zum
Klärschlamm mit anschließender Vermischung in einem Zwangsmischer bei einer
Reaktionszeit von 5 min., so entsteht ein rieselfähiges Gemisch, welches sich mit
den üblichen Förderaggregaten vor einem nach dem Trockenverfahren arbeitenden
Zementklinkerdrehrohrofen ohne Anbackungen und Verklebungen fördern läßt.
Auch die bei vorherigen Versuchen stets auftretenden Anbackungen am Eingang des
Drehrohrofens konnten damit einfach und wirkungsvoll verhindert werden.
Wird das Gemisch bei einer erhöhten Temperatur von beispielsweise < 30°C
hergestellt, lässt sich die o. g. bereits sehr kurze Reaktionszeit noch weiter
verringern.
Darüber hinaus hat die Einbringung eines solchen CaO-reichen
Flugasche/Klärschlamm-Gemisches in einen Zementklinkerdrehrohrofen den Vorteil,
dass der ohnehin für die Zementherstellung benötigte Kalk in größeren Mengen
eingespart werden kann.
Claims (14)
1. Verfahren zur Konditionierung von Schlämmen und/oder Suspensionen,
insbesondere von Schlämmen aus Kläranlagen für kommunale Abwässer,
gekennzeichnet dadurch,
dass Klärschlämme mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 99 Gew.-%,
mit Rückständen aus mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken, die
einen Anteil am Gesamtgemisch von 10-80 Gew.-% haben, gemischt und nach
einer Reaktionszeit direkt und ohne eine Vortrocknung einer thermischen
Verwertung zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass als Rückstände
aus Kraftwerken Flugaschen eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die thermische
Verwertung der Klärschlämme in einem Zementklinkerdrehrohrofen durchgeführt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet dadurch, dass die thermische
Verwertung in einem nach dem Trockenverfahren zu betreibenden
Zementklinkerdrehrohrofen durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1-4, gekennzeichnet dadurch, dass Flugaschen
mit einem Gesamtkalkgehalt von mindestens 5 Gew.-% verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1-5, gekennzeichnet dadurch, dass faseriger
Klärschlamm vor und/oder während seiner Vermischung mit der Flugasche auf
Korngrößen von kleiner 20 mm zerkleinert und homogenisiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1-6, gekennzeichnet dadurch, dass die Zerkleinerung
der faserigen Anteile der Klärschlämme in einer Mühle, vorzugsweise einer
Schneidmühle und/oder einer Siebmühle und/oder in einem Kollergang
durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1-7, gekennzeichnet dadurch, dass Klärschlämme mit
einem Wasseranteil von < 20 Gew.-% vor der Konditionierung mittels
mechanischer Verfahren behandelt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass die Klärschlämme
mittels Filtration und/oder Zentrifugation und/oder durch Pressen oder
vergleichbarer Verfahren entwässert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1-9, gekennzeichnet dadurch, dass die thermische
Behandlung des Gemisches im Zementklinkerdrehrohrofen bei Temperaturen
von 1200 bis 2000°C durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1-10, gekennzeichnet dadurch, dass die thermische
Behandlung des Gemisches in der Kalzinierzone des Zementklinker
drehrohrofens bei < 1200°C innerhalb eines Zeitraumes von mindestens 10 min.
und höchstens 45 min. durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1-11, gekennzeichnet dadurch, dass die im
Klärschlamm enthaltenen Schwermetalle dauerhaft in die Zementmatrix
immobilisiert werden.
13. Verfahren nach Anspruch 1-12, gekennzeichnet dadurch, dass
das konditionierte Gemisch vor der thermischen Behandlung einer Reaktionszeit
von mind. 1 min. bis max. 1 h unterzogen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1-13, gekennzeichnet dadurch, dass die Vermischung
der Klärschlämme und der Flugaschen kontinuierlich oder diskontinuierlich in
einem Zwangsmischer und/oder einer Mischschnecke bis zur Einstellung einer
Homogenität durchgeführt wird.
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- 2001-12-07 DE DE10160163A patent/DE10160163C2/de not_active Expired - Fee Related
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