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Kontinuierliches Verfahren und Vorrichtung zum Abtöten von
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Krankheitserregern in Abwasser-Klärschlamm Die Erfindung betrifft
ein kontinuierliches Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtöten von Kranldheitserwegern
in Abwasser-Klärschlaum, wobei der Klärschlamm in einer Schicht gefördert, in dieser
Schicht mittels eines sauerstoffhaltigen Gases stark durchwirbelt und während der
Durchwirbelung einer von oben auf die Schicht wirkenden Elektronenstrahlung ausgesetzt
wird.
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Ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens ist bereits in der DT-OS 2 364 221 vorgeschlagen worden.
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Hierbei wird das sauerstoffhaltige Gas nach der Durchwirbelung der
Klärschlamm-Schicht ins Freie abgeleitet. Auf diese den Ausgangspunkt der Erfindung
bildende ältere DT-OS 2 364 221 wird voll inhaltlich Bezug genommen.
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Aus der DT-OS 2 337 406 ist es bekannt, Klärschlamm dadurch zu hygienisieren,
daß ein Dunnschichtfluß erzeugt und einer Elektronenstrahlung ausgesetzt wird, wobei
gleichzeitig dem Klärschlamm ein Wirkgas zugeführt wird.
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Es ist allgemein bekannt, daß durch Elektroneneinwirkung zweiwertiger
Sauerstoff in dreiwertigen Sauerstoff (Ozon) umgesetzt wird, und daß Ozon ein außerordentlich
starkes Reduktions- und Desinfektionsmittel ist, welches in der Praxis zur Entkeimung
von Trinkwasser, Schwirnmbadwasser und Abwässern verschiedenster Herkunft eingesetzt
wird. Zur Erzeugung des Ozons für diese Zwecke werden sogenannte Ozonisatoren verwendet,
die nach dem Prinzip von stillen Entladungen in Röhren arbeiten. Wegen der hohen
Ausbeute wird meist reiner Sauerstoff als Gas eingesetzt.
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Aus der DT-AS 2 208 160 ist eine Anlage zur Hygienisierung von Abwasser-Klärschlamni,
d.-h. zum Abtöten von Krankheitserregern, wie z. B. Viren, Bakterien und Parasiten,
bekannt, in der der Klärschlamm mit y>-Strahlen aus einer radioaktiven Kobalt-6o-Quelle
bestrahlt wird. Der Klärschlamm wird hierbei in einer verhältnismäßig dicken Schicht
an den Strahlungselementen vorbeigeführt. Die Nachteile dieser Art, Klärschlamm
zu bestrahlen, liegen darin, daß umfangreiche Sicherheits-und Abschirmmaßnahmen
erforderlich sind. Dazu kommt ein hoher Preis des radioaktiv,strahlenden Materials,
wobei wegen der relativ kurzen Halbwertzeit von Kobalt-6o eine jährlich Nachladung
von ca. 12 ffi notwendig ist. Dazu kommta daß diese radioaktiven Strahlenquellen
nicht abschaltbar sind, und daß die Bestrahlungskosten aufgrund der hohen Kosten
des radioaktiven Materials sehr hoch sind. Hinzu kommen noch starke psychologische
Bedenken gegen die Installierung von stark radioaktiven Strahlenquellen in dicht
besiedelten Gegenden.
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Außerdem bereiten die notwendigen Sicherheitsvorkehrungen bei der
in Abständen von ein bis zwei Jahren notwendigen N##chladung und die Ablagerung
ausgebrannter Strahlungselemente erhebliche Probleme.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene
Verfahren so zu verbessern, daß die Behandlungsdauer des Klärschlammes verkürzt
und gleichzeitig ein besserer Hygienisierungseffekt erreicht wird und eine besonders
einfache Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen
Art dadurch gelöst, daß das sauerstoffhaltige Gas im Bereich der Elektronenstrahlung
oberhalb der Schicht abgezogen und dem strömenden Klärschlamm zugeführt wird. Hierdurch
wird erreicht, daß das oberhalb der Schicht im Strahlfeldbereich der Elelctronenstrahlung
gebildete Ozon nicht (nutzlos) entweicht, sondern wieder zurück in den Behandlungsprozeß
geführt wird und zur Sygienisierung des Klärschlammes beiträgt. Besonders bevorzugt
ist es, das abgezogene sauerstoffhaltige Gas im Kreislauf zurückzuführen und zur
Durchwirbelung einzusetzen, d. h.
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die Durchwirbelung des Klärschlammes, bei der der Kontakt zwischen
dem Gas und dem Klärschlamm besonders innig ist, erfolgt mit einem ozonhaltigen
Gas. Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn in den Strahlfeldbereich
oberhalb der Schicht noch reiner Sauerstoff eingeblasen wird, da die Ozonkonzentration
auch vom Sauerstoffgehalt des in diesem Bereich befindlichen Gases abhängt. Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das sauerstoffhaltige Gas unmittelbar oberhalb der Klärschlammschicht
abgezogen wird, da hierdurch verhindert wird, daß das in der Klärschlammschicht
gekühlte Gas sich im Strahlfeldbereich der Elektronenstrahlung erwärmt, was zu einem
schnelleren Zerfall des Ozons führen würde. Durch diese Maßnahme wird also erreicht,
daß die abgezogene Ozonmenge auch als Ozon wieder dem Klärschlamm
zugeführt
wird. Unter Normalbedingungen beträgt die Halbwertzeit des Ozons ca. 12 Minuten.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei der mindestens eine Förderrinne für den Klärschlamm vorgesehen ist, deren ebener
Boden mindestens im Strahlungsbereich einer über ihm angeordneten Elektronenstrahlquelle
als Düsenboden zur Zufuhr von sauerstofShaltigem Gas ausgebildet ist, und bei der
am Zuführende der Förderrinne eine Einrichtung zur Zuführung von Klärschlamm in
einer gleichmäßig dicken Schicht vorgesehen ist, wird dadurch ausgestaltet, daß
im Bereich zwischen der Elektronenstrahlquelle und der mindestens einen Förderrinne
mindestens eine Absaugdüse vorgesehen ist, die über eine Leitung mit einem Klärschlamm
führenden Teil der Vorrichtung verbunden ist. Vorteilhafterweise ist mindestens
eine Absaugdüse unmittelbar über der Klärschlammschicht angeordnet. Sie ist vorteilhafterweise
mit dem Düsenboden verbunden. Insbesondere bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in der in der Patentanmeldung P 25 38 o80.7 vorgeschlagenen Weise, auf
die vollinhaltlich Bezug genommen wird, ist es von großem Vorteil, wenn die Absaugdüse
mit einer Rückführleitung für den Klärschlamm verbunden ist, wobei die Einführung
des ozonhaltigzn Gases in die Rückführleitting dadurch bewerkstelligt wird, daß
in die Rückführleitung eine Venturidüse geschaltet ist, mit der die Absaugdüse verbunden
ist. Weiterhin kann es iiesondere bei der Ausgestaltung der Vorrichtung nach der
Patentanmeldung P 25 38 oSo.7 zweckmäßig sein, wenn die Absaugdüse mit mindestens
einem der mindestens einen Förderrinne vorgeschalteten Behälter verbunden ist. Bei
diesen Maßnahen, bei denen das ozonhaltige Gas nicht wieder zur
Durchwirbelung
verwendet, sondern an anderen Stellen der Vorrichtung in den Klärschlamm eingeführt
ist, ist es nicht zweckmäßig, diese Luft wieder in den Behandlungsdies prozeß zurückzuführen,
da/aufgrund derrelativ kurzen Halbwertzeit des Ozons einerseits und der langen Verweilzeit
des Gases im Klärschlamm andererseits keinen nennenswerten Effekt bringen rJürde,
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine Vorderansicht
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung, Fig. 2 einen Horizontalschnitt
durch die Vorrichtung gemäß der Schnittlinie TI-II in Fig. 1 und Fig. 3 einen Vertikalschnitt
durch die Vorrichtung gemäß der Schnittlinie 111-111 in Fig. 1.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist jeweils mehrere parallel zueinander
angeordnete Förderrinnen 1, 2, 3 auf, die ortsfest aufgestellt und gegebenenfalls
in ihrer Neigung gegenüber der Horizontalen einstellbar sind, Sie weisen jeweils
einen gegenüber der Horizontalen um einen Winkel von 5 bis 30°, vorzugsweise 8 bis
12° und besonders bevorzugt 100 geneigten Boden 4 auf. Die Förderrinnen 1, 2, 3
sind - bezogen auf ihre Durchflußrichtung 5 - parallel zuei.nander und lückenlos
nebeneinander angeordnet, so daß
die Böden 4 als durchgehende Platten
ausgebildet sein können. Demzufolge bestehen mit Ausnahme der beiden äußeren Seitenwände
6 die übrigen Seitenwände der einzelnen Förderrinnen 1, 2,3 aus Trennwänden 7. Am
oberen Ende jeder Förderrinne 1, 2, 3 ist ein Druckraum 8 vorgesehen, der durch
den Boden 4 die Seiten- bzw. Trennwände 6 und 7, eine stirnseitige Abschlußwand
9 und ein oberes, zwischen die Seiten- bzw. Trennwände 6 und 7 und die stirnseitige
Abschlußwand 9 eingeschweißtes, in Durchflußrichtung 5 zum Boden 4 hin geneigtes
Begrenzungsblech lo begrenzt ist.
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Zwischen dem oberen Begrenzungsblech 1o und dem Bodsn 4 ist eine als
Düse 11 wirkende oeffnung, die einen flachen Rechteckquerschnitt auSweist, gebildet.
Diese Düsen 11 können in ihrer Höhe, beispielsweise durch einen festsetzbaren Auslaßschieber,
verstellbar sein.
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Am unteren, auslaufseitigen Ende jeder Förderrinne 1, 2, 3 kann ein
als Pumpensumpf dienender Sammelraum 12 vorgesehen sein.
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Den Förderrinnen 1 2, 3 sind zwei Behälter 13, 14 vorgeschaltet, deren
Auslässe jeweils über als Magnetventile ausgebildete Ventile 15> 16 auf eine
Hauptzuführleitung 17 geschaltet sind. In jede Hauptzuführleitung 17 ist ein, beispielsweise
als Zerkleinerungsmischer ausgebildeter Homogenisator 18 und eine Förderpumpe 19
in dieser Reihenfolge geschaltet. Unmittelbar vor den Förderrinnen 1, 2, 3 wird
die Hauptzuführleitung 17 in eine Reihe von Teilleitungen 20, 21, 22 aufgeteilt,
um eine gleichmäßige BeauS-schlagung der einzelnen Förderrinnen 1, 2, 3 zu gewährleisten.
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Aus den Sammelräumen 12 wird das Medium über Teilleitungen 23, 24,
25 abgezogen, die auf eine Hauptabführleitung 26 zusammengeführt sind, in die eine
Auslaufpumpe 27 geschaltet ist.
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Hinter der Auslaufpumpe 27 verzweigt sich die Hauptabführleitung in
eine Rückführleitung 28 und eine Entleerungsleitung 29, Die Umschaltung auf die
Rückführleitung 28 oder auf die Entleerungsleitung 29 erfolgt mittels als Magnetventile
ausgestalteten Ventilen 30 und 31. Die Rückführleitung 28 führt über eine entsprechende
Verzweigung auf die beiden Behälter 13, 14, wobei die Umschaltung auf einen der
beiden Behalter über s:benfalls als Magnetventile ausgebildete Ventile 32 bzw. 33
erfolgt.
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Oberhalb des jeweils zwischen Düse 11 und Sammelraum 12 liegenden
offenen Bereichs der Förderrinnen 1, 2, 3 ist eine sich über die Gesamtheit der
Förderrinnen erstreckende Elektronenstrahlquelle 54, also ein Elektronenbeschleuniger,
angeordnet, der an seinem unteren Ende einen Flansch 35 mit einem eingespannten
Austrittsfenster 36 aufweist, durch das ein Elektronenstrahlbündel 37 austreten
kann. Im Bereich der größten Strahlungsintensität, also etwa in der Mittelebene
v7' der Elektronenstrahlquelle 34> sind Einrichtungen zur mechanischen und/oder
fluidischen Durchwirbelung der dünnen Stoffschicht (beispielsweise Klärschlammschicht)
vorgesehen, die bei Betrieb der Vorrichtung aus der jeweiligen Düse 11 über den
Boden 4 jeder Förderrinne X, 2, 3 fließt. Bei dem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeisplel ist hierzu ein sich über die volle Länge des Förderrinnenpaares
1, 2,3 erstreckender schmaler Düsenboden 38 vorgesehen. Unterhalb dieses schmalen
Düsenbodens 38
ist ein ebenfalls durchgehender Druckraum 39 vorgesehen,
dem in weiter unten noch zu beschreibender Weise ein Ozon-Luftgemisch als Verwirbelungshilfsmittel
und als Entkeimungsmittel für den Klärschlamm zugeführt wird. Die Beschickung eines
Behälters 13 erfolgt über eine Beschickungsleitung 40 mittels einer Pumpe 41.
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Unterhalb des Austrittsfenster 36 ist eine sich über die ganze Länge
der Elektronenstrahlquelle 34 erstreckende Luftdüse 42 vorgesehen, die mittels einer
Leitung 43 aus einer Sauerstoffquelle 44 mit reinem Sauerstoff beaufschlagt wird,
der zur Sauerstoffanreicherung der Luft im Strahlfeld 37 dient.
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Oberhalb der dünnen, in den Förderrinnen 1, 2, 3 fließenden Klärschlammschicht
45 ist eine sich über die volle Breite der Förderrinnen 1,1> 2,3 erstreckende
Absaugdüse 46 angeordnet, mittels derer die im Strahlfeldbereich 37 mit Ozon angereicherte
Luft über eine Leitung 47 abgesaugt wird, in die ein Swggebläse 48 geschaltet ist.
Dieses Ozon-LuStgemischt wird den Druckräumen 39 zugeführt und dient dann zur Durchwirbelung
der Klärschlammschicht 45. Die Absaugdüse 46 ist unmittelbar, also nur lo bis 20
mm, über der Klärschlammschicht 45 angeordnet, so daß das abgesaugte Ozon-Luftgemisch
noch durch die Kühlung im Klärschlamm kühl ist, wodurch der Zerfall des Ozons verzögert
wird Bis zur erneuten Zuführung des Ozon-Luftgemisches in die Druckräume 39 und
damit die Klärschlammschicht 45 tritt also keine nennenswerte Verringerung der Ozonkonzentration
ein.
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Da mehr ozonhaltige Luft durch die Absaugdüse 46 abgesaugt wird, als
für die Durchwirbelung der Klärschlammschicht 45
notwendig ist,
wird aus der Leitung 47 ein Teil des Ozon-Luftgemisches entnommen und über eine
Leitung 49 mit Hilfe einer Venturidüse 50 in die Rückführleitung 28 eingespeist.
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Oberhalb der Absaugdüse 46 ist eine weitere Absaugdüse 51 angeordnet,
mittels derer ebenfalls ozonhaltige Luft aus dem Strahlfeldbereich 37 abgesaugt
und über eine Leitung 52, in die ein Sauggebläse 53 geschaltet ist, den Behältern
13> 14 zugeführt, in die es über bis in den unteren Bereich der Behälter 13,
14 ragende Begasungsrohre 54> 55 eingeführt wird. Die Steuening erfolgt über
Magnetventile 56> 57, wobei die Begasung jeweils wahrend des Füllvorganges eines
Behälters 13 oder 14 vorgenommen wird. Die im Vergleich zu dem den Druckr-äumen
39 zugeführten Ozon-Luftgemisch geringere Ozonkonzentration dieser Luft wird durch
eine längere Kontaktzeit zwischen dieser ozonhaltigen Luft und dem XIZirschlamm
in den Behältern 13 oder 14 kompensiert.-Aus der Leitung 52 kann nach Öffnen eines
entsprechenden ebenfalls als Magnetventil ausgebildeten Absperrventils 58 über eine
Leitung 59 ein Teilstrom dieses Ozon-Luftgemisches abgezogen und zur Begasung des
Klärschlammes in einem außerhalb der Vorrichtung befindlichen Stapelbehälter verwendet
werden.
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Vorrichtung beschrieben: Der
Behälter 13 ist mit zu behandelndem Stoff, in der -Regel also Klärschlamm, gefüllt,
das Ventil 15 ist geöffnete während das Ventil 16 geschlossen ist. Der zu behandelnde
Stoff
gelangt durch die Hauptzuführleitung 17 den Homogenisator 18 und die Pumpe 19 und
über die Teilleitungen 20, 21, 22 in die Druckräume 8 der Förderrinnen 1, 2, 3,
von wo er durch die Düsen 11 über die Böden 4 in Richtung auf den jeweiligen Sammelraum
12 fließt. Hierbei wird der Stoff beim Überfließen des Düsenbodens 38 aufgrund des
aus diesem austretenden Ozo-Zurtgemisches stark durchwirbelt und gleichzeitig einer
intensiven Elektronenstrahlung mit einer Energie von 300 bis 800 keV -ausgesetzt.
Durch das im Ozon-Luftgemisch enthaltene Ozon wird gleichzeitig eine verstärke Entkeimungswirkung
im zu behandelnden Stoff herbeigeführt. Außerdem wird eine starke Entkeimungswirkung
durch die Elektronenstrahlung herbeigeführt. Der Stoff fließt in einer gleichmäßig
dünnen Schicht über den Boden 4.-Aus dem jeweiligen Sammelraum 12 wird er mittels
der Auslaufpumpe 27 abgesaugt und durch die Rückführleitung 28, deren Ventil 3ogeöffnet
ist, zurück in den Behälter 14 gepumpt. Gleichzeitig wird über die Leitung 49 und
die Venturidüse 5o das Ozon-Luftgemisch in den durch die Rückführleitung 28 zurückgeförderten
Stoff eingebracht, wodurch auch bereits an dieser Stelle der Entkeimungsprozeß verbessert
wird. Daß dem Behälter 14 zugeordnete Ventil 33 ist geöffnet} während das dem anderen
Behälter 13 zugeordnete Ventil 32 geschlossen ist.
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Das zur Entleerungsleitung 29 führende Ventil 31 ist ebenfalls geschlossen.
Gleichzeitig wird nach entsprechendem Öffnen des Ventils 57 über die Leitung 52
das aus der oberen Absaugdüse 51 abgesaugte Ozon-Luftgemisch über das Begasungsrohr
55 in den Behälter 14 eingebracht> wo es in besonders intensiven Kontakt mit
dem einfließenden zu behandelnden Stoff kommt. Wenn der Behälter 13 entleert und
der Behälter 14 gefüllt ist, wird das Ventil 15 geschlossen und das Ventil 16 geöffnet,
d. h. der bereits einmal behandelte Stoff wird nunmer' aus dem Behälter 14 abgezogen
und erneut
in die Förderrinnen 1, 2, 3 eingegeben. Die erneute
Rückförderung durch die Rückführleitung 28 erfolgt in diesem Falle in den Behälter
13, d. h. das Ventil 33 wird geschlossen und das Ventil 32 wird geöffnet. Gleichzeitig
wird dann das Ozon-Luftgemisch über das Begasungsrohr 54 in den Behälter 13 eingeführt.
Diese Durchläufe wiederholen sich so oft, bis ein ausreichender Hygienisierungsgrad
des zu behandelnden Stoffes erreicht ist. Anschließend wird das in der Rückführleitung
28 befindliche Ventil 30 geschlossen und das zur Entleerungsleitung 29 führende
Ventil 31 geöffnet und der Stoff vollständig aus der Vorrichtung entfernt. Gleichzeitig
oder anschließend erfolgt die Beschickung des Behälters 13 über die Leitung 40 mit
einer neuen Charge.
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Die Umsteuerungder Ventile kann programmgesteuert erfolgen.
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Der hierfür erforderliche Aufwand ist gering, da die Ventile als Magnetventile
ausgebildet sind und daher leicht zentral ansteuerbar sind.
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Versuche haben ergeben, daß unter normalen Bestrahlungsbedingungen>
d. h. bei einer Beschleunigerspannung von 400 keV, einem Strahlstrom von o>4
mA/cm und einer Raumltiftschicht von So mm zwischen der Klärschlammschicht 45 und
dem Austrittsfenster 36 eine Ozonkonzentration im Bereich von o,3 bis o>6 g Ozon/m3
vorhanden war. Dieser Ozongehalt der Luft kann durch die zuvor geschilderten Maßnahmen
praktisch vollständig zur Hygienisierung des zu behandelnden Stoffes verwendet werden.