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Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung von
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vorentwässerten Klärschlämmen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Trocknung von vorentwässerten Klärschlämmen, Ein wichtiger
Teil der Behandlung kommunaler und industrieller Abwässer ist die Beseitigung der
im Laufe der Abwasserbehandlung aus dem Abwasser abgetrennten Stoffe. Diese liegen
in Form stark wasserhaltiger Schlämme mit 95 bis 99 % Wassergehalt vor. Allgemein
wird von Klärschlämmen gesprochen, die aus Vorklär- und Nachklärbecken biologischer
Kläranlagen, Belebungsbecken, Fällungsstufen und dgl. Abwasserreinigungsanlagen
stammen. FUr eine ratione le Beseitigung dieser Schlämme ist eine wesentliche Herabsetzung
des Wassergehalts zur Verringerung des Schlammvolumens und zur änderung der Konsistenz
erforderlich. Als Schlammbehandlungsmaßnahmen zur Reduzierung des Wassergehaltes
unterscheidet man die Eindickung, die Entwässerung und die Trocknung. So läßt sich
der Wassergehalt von ausgefaultem KlSrschlamm aus kommunalen Abwässern durch Eindickung
bis auf etwa 95 bis 90 %, durch ntw#sserung Je nach dem angewandten Verfahren bis
auf etwa 40 bis 75 % und durch Trocknung bis auf ca. 40 bis 30 % reduzieren. Heute
werden die mit diesen Entwässerungsverfahren erreichbaren Endwassergehalte von Klärschlamm
als zu gering angesehen, da keine ausreichende Zahl von Deponiefreiräumen mehr vorhanden
ist. Die Deponierung stellt heute sowohl ein wirtschaftlich/technisches als auch
ökologisches Problem dar. Als Problemlösung bietet sich eine weitere Entwässerun
des Klärschlamms im Wege der Schlammtrocknung mit nachfolgenden Kompostierungs-
und Verbrennungsverfahren an So ist beispielsweise die Trocknung mittels eines Drehrohrtrommeltrockners
bekannt, der
jedoch nachteiligerweise vor allem im hinblick auf
innweltschädliche Emissionen einen hohen technischen Aufwand fordert. Auch ist bei
diesem Verfahren die aufzubringende erforderliche Energie nur extensiv nutzbar.
Die entstehenden Brn müssen über entsprechende Waschanlagen, die gewaltigen Rauchgasmvlngen
über wirksame Entstaubungsanlagen gereinigt werden.
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Die andererseits als Problemlösung mögliche Schlammverbrennung hat
ebenfalls den wesentlichen Nachteil, daß Zusatzbrennstoffe erforderlich sind, wobei
der zu leistende Aufwand vom Wassergehalt und Heizwert des Abwasserschlammes abhängt.
Der beispielsweise als Ofentyp häufig benutzte Wirbelschichtofen arbeitet mit Temperaturen
zwischen 4500 C und 11500 C, so daß ein erheblicher Einsatz von Erdgas oder Heizöl
als Zusatzbrennstoff erforderlich ist. Nachteilig ist darüber hinaus der hohe apparative
Aufwand. Viele Anlagenteile sind feuerbeständig oder feuerfest zu erstellen und
es sind komplizierte Vorwärmeinrichtungen, Anströmböden mit Spezialdüsen, Einrichtungen
zur Luftverteilung, Nachbrennräume und Rekuperatoren erforderlich. Der apparative
Aufwand ist eine zwangsläufige Folge der nach dem Stand der Technik nur unvollkommenen
Vorentwässerung und Trocknung der Klärschlämme.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mechanisch vorentwässerte
Klärschlämme unter Meidung oben genannter Nachteile in einfacher und wirtschaftlicher
Weise bis gegen 100 % Trockensubstanz (TS) unter Aufbrechen der Kapillarkräfte der
Feststoffzellen restzuentwässern.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der vorentwässerte
Klärschlamm in einer ersten Verfahrensstufe unter kontinuierlicher Massenumwälzung
gerührt, gewalkt und/oder geknetet wird und gleichzeitig die Produkttemperatur etwa
auf den Siedepunkt des Gemisches erhöht wird, daß in einer zweiten
Verfahrens
stufe die einerseits erhaltene Brüden kondensiert werden und daß in einer dritten
Verfahrens stufe die andererseits erhaltene Trockensubstanz zur Gewinnung von Prozesswärme
für die Erhöhung der Produkttemperatur verbrannt wird. Mit diesem Verfahren nach
der Erfindung läßt sich vorentwässerter Klärschlamm bis gegen 100 % Trockensubstanz
(TS) restententwässern. Dabei wird nicht nur durch die mechanische Entwässerung
das angelagerte Oberflächenwasser abgeschieden, sondern auch das verbleibende zellgebundene
Wasser, welches bisher für alle Dekantersysteme ein unlösbares Problem darstellt.
Durch die kombinierte Einwirkung des Rühr-, Walk-und/oder Knetvorgangs, einer Arbeitstemperatur
etwa auf der Höhe des Siedepunkts des Gemisches und ggf. der Zugabe eines aromatische
und/oder aliphatische Kohlenwasserstoffe enthaltenden Lösungsmittel in der zweiten
Verfahrens stufe, werden die Kapillarkräfte der Feststoffzellen aufgebrochen, so
daß auch dieser Wassergehalt abscheidbar wird.
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Zweckmäßigerweise findet die Vorentwässerung mechanisch auf Trockensubstanzwerte
von 25 % TS bis 50 % TS statt, so daß der erfindungsgemäßen Behandlung eine pastöse
Masse zugrundeliegt.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgeschlagen,
die Behandlung des Klärschlammes unter Vakuumbedingungen durchzuführen. Durch die
Beaufschlagung mit Unterdruck wird die erforderliche Siedetemperatur deutlich abgesenkt,
so daß sich wirtschaftliche Vorteile ergeben, ohne daß der Erfolg der kombinierten
Einwirkung von mechanischer Behandlung, Temperatur und ggf. Lösungsmittel in
Frage
gestellt wird. Durch eine Unterdruckbehandlung wird die Ernergiebilanz in erheblichem
Umfange verbessert. In Abhängigkeit von der Art des Lösungsmittels aus der Gruppe
der aromatischen und/oder aliphatischen Kohlenwasserstoffe sowie der Höhe des angewendeten
Vakuums können Produkttemperaturen des Gemisches zwischen 600 C und 2000 C zweckmäßig
sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Trocknungsverfahrens
ist gekennzeichnet durch ein Reaktorgefäß mit einer Zuführung für den Klärschlamm,
ggf. einer Zuführung für das Lösungsmittel, einer Heizeinrichtung, einem Rührwerk,
einer Ableitung für die Brüden in eine Destillationsvorlage sowie einen Austrag
für das entwässerte Produkt.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die Führung der Brüden zur thermischen Vorkonditionierung
über Mantelrohre der Klärschlammzufuhrleitung, so daß unter Ausnutzung des Wärmeinhalts
der Klärschlamm vor der Einführung in den Reaktor in einfacher Weise temperiert
werden kann.
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Zwischen dem Reaktor und der Destillationsvorlage kann ein Wärmeaustauscher
angeordnet sein, dessen Wärmeträger, insbesondere Wärmeträger-Öl, im Umlauf zu einem
Röhrenofen mit Mehrstoffbrenner steht, an den ggf. ein Verdampfer für das Lösungsmittel
angeschlossen ist und dem zur Befeuerung das entwässerte Produkt zuführbar ist.
Damit erfolgt die Ent-Wässerung des Klärschlamms apparativ iin einem geschlossenen
System und sind Umweltbelastungen im Reaktorbereich
vollständig
ausgeschlossen. Das freigesetzte Wasser wird abgeschieden und kann als Brauchwasser
genutzt oder in beliebige Vorflute eingeleitet werden, während das Lösungsmittel
im Dauerzyk eingesetzt ist, um die Wirkstoffverluste zu minimieren. Der Einsat des
entwässerten Produkts im Röhrenofen ist u. a. deshalb vorteilhaft, weil alle im
Feststoff verbliebenen Restmengen an Lösungsmittel in den Brennraum des Ofens gelangen
und dort verbrannt werd so daß gemäß Energiebilanz nur rür das Anfahren der Anlage
zusätzlich Primärenergie eingesetzt werden muß.
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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ferner eine Vakuumeinrichtung
vorgesehen und ist die Heizeinrichtung des Reaktors ebenfalls an den Röhrenofen
angeschlossen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der
schematisch eine erfindungsgemäße Anla zur Trocknung von vorentwgsserten Klärschlämmen
dargestellt ist, der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine Klärschlamm-Trocknungsanlage in
Form eines Fließschemas, Fig. 2 die Anlage der Fig. 1 als Fließschema in Draursicht,
Fig. 3 einen Reaktor im Längs schnitt und Fig. 4 zeigt ein Anlagenschema.
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Wesentlicher Teil der Anlage sind sechs parallelgeschaltete Reaktor
6, 6a; 7, 7a; 8, 8a, die im einzelnen gemäß Fig. 3 der Zeichnung aufgebaut sind.
Die Reaktoren 6 bis 8 weisen im oberen Bereich Anschlüsse 14 auf, die die Verbindung
zu einer Haupt-Pumpleitung 16 herstellen, durch die Klärschlamm von einem Wagen
17 über eine
Transportleitung 5 zu den Reaktoren gepumpt wird.
Je nach Konsistenz kann zur Beschickung mit Klärschlamm auch eine Transport schnecke
Verwendung finden. Im Ausführungsbeispiel wird Jedoch eine Pumpleitung 16 angewandt,
die als Mantelrohr ausgebildet ist und die Möglichkeit aufweist, unter Nutzung des
Wärmeinhalts des aus den Reaktoren austretenden dampf förmigen Wasser-Ldsungsmittelgemißches
den Klärßchlamm vorzuwärmen.
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Im unteren Bereich jedes Reaktors 6 bis 8 befindet sich ein Ansdluß
18 für die Zuführung eines Lösungsmittel, das aus aromatischen und/oder aliphatischen
Kohlenwasserstoffen besteht. Hierzu sind nicht näher dargestellte Einspritzdüsen
im Boden jedes Reaktors vorgesehen. Das Lösungemittel wird über Pumpeinrichtungen
und eine Rohrleitung 19 aus einem Tank 4 entnommen. In einem Verdampfer 3 wird das
Lösungsmittel über seine Siedetemperatur auf etwa 1500 C erhitzt und damit in Form
eines Lösungsmitteldampfs durch den Reaktorboden injiziert. Der Verdampfer 3 ist
an einen Röhrenofen 2 angeschlossen, der in Rohrschlangen ein aus einem Ausdehnungsbehälter
1 stammendes Wärmeträgeröl enthält. Dies Wärmeträgeröl wird nicht nur zur Beheizung
des Verdampfers 3 sondern auch für die Heizeinrichtung der Reaktoren benutzt. Der
geschlossene Kreislauf des Wärmeträgeröls ist dem Fließschema durch mit Pfeilen
versehene Striche, die Rohrleitungen darstellen, entnehmbar. Es wird demnach unten
in das als Heizmantel ausgebildete Reaktorgehäuse eingeführt und im oberen Bereich
wieder entnommen.
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Jeder Reaktor 6 bis 8 enthält weiter ein Rührwerk zur ständigen Massenumwälzung
bis zur vollständigen Entwässerung des eingesetzten Klärschlamms. Als Rührwerk finden
vorzugsweise Kreuzbalkenrührer 20 mit RandabstreiBer Verwendung.
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Für die Abführung der Behandlungsprodukte sind an jedem Reaktor zwei
weitere Anschlüsse ausgebildet. Zentrisch im Boden befinden sich
Bodenauslässe
21, über die das entwässerte Produkt mittels Förderschnecken in einen Vorlagebehälter
13 transportiert werden kann. r der so entwässerte Klärschlamm mit dem an ihm haftenden
Rest an Losungsmittel einen ausreichenden Heizwert aufweist, um verbrannt zu werden,
ist der Vorlagebehälter 13 an den Röhrenofen 2 angeschl aen, um im Mehrstoffbrenner
verbrannt die Wärmemenge zu erzeugen, die zur Aufheizung des Wärmeträgeröls benötigt
wird. Da die Inbetriebnahme der Anlage und auch Heizwertschwankungen unter Umstände
den Einsatz von Primärenergie erfordern, ist dem Vorlagebehälter 13 ein Mischer
15 nachgeschaltet, indem mit Kohlestaub eim Heizwer erhöhung der aus dem Klärschlamm
stammenden Trockensubstanz durch geführt werden kann, Aus jedem Reaktor 6 bis 8
ist ferner ein Wasserdampf-Lösungsmittel Gemisch abzuführen. Hierzu sind Rohrleitungsanschlüsse
22 im Decke bereich jedes Reaktors vorgesehen, die das Wasserdampf-Lösungsmitt Gemisch
über einen Wärmeaustauscher 9 in eine Destillationsvorlage 10 leiten, Diese Rohrleitung
ist als Mantelrohr kombiniert mit der Pumpleitung 16 zwecks Vorwärmung des vorentwässerten
Klärschlamms.
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Im Wärmeaustauscher 9 kondensiert das Wasserdampf-Lösungsmittel-Gemisch.
In der Destillationsvorlage 10 findet die Trennung der be den Bestandteile statt,
so daß einerseits Lösungsmittel von dort aus dem Tank 4 zugeführt wird und andererseits
Wasser über einen Wasserabscheider 11 zu einem Vorfluter gelangt. Mittels der rechts
in Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Vakuumpumpe 12 ist es mdglicl die Gesamtanlage
auf 20 % at zu vakuumieren, so daß die Anlage mit vgl. niedrigen Temperaturen gefahren
werden kanne Die beschriebene Anlage wird mit einem Ausgangsprodukt versorgt, das
in den meisten Fällen ein Klärschlamm mit Trockensubstanzwerte# zwischen 1 und 10
% TS ist. Diese Klärschlämme sind mechanisch vor zuentwässern, so daß eine pastöse
Masse von 25 bis 50 % TS vorliegt
Dieses Produkt wird dann über
das Transportband 5 der Thermod fusionsanlage zugeführt und dort bis gegen 100 fi
TS restentwässert.
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Diese Behandlung wird in den Reaktoren 6 bis 8 vorgenommen, die die
kombinierte Anwendung von Lösungsmitteln auf aromatischer oder aliphatischer Kohlenwasserstoffbasis
mit einer Arbeitstemperatur in Höhe des Siedepunkts des Gemisches ermöglichen. Dazu
wird der vorentwässerte Klärschlarnin Uber die Pumpleitung 16 in die Reaktorgefäße
gefördert, wobei vor Eintritt des Produktes anteilig Lösungsmittel über eine Beimischdüse
(nicht erßichtlich) eingesp#itzt werden kann.
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Der Klärschlamm wird in den Reaktorgefäßen zunächst über den Heizmantel
unter ständigem Rühren auf eine Temperatur unter 140@ C, etwa auf Siedetemperatur
des Gemisches, gebracht. Dabei wird die Anlage mittels der Vakuumpumpe 12 auf 20
% at vakuumiert, wobei die Einspitzdüs# im Boden der Reaktoren dampfförmiges Lösungsmittel
einbringen. Mit den Rührwerken wird die ständige Massenumwälzung bis zur vollständigen
Entwässerung sichergestellt.
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Der vom Reaktorboden Jeweils injizierte Lösungsmitteldampf hebt die
Kapillarkräfte innerhalb des vorentwässerten Klärschlammes auf, so daß das zellgebundene
Wasser sufgeschlossen wird und gemeinsam mit dem Lösungsmitteldampf als Wasserdampf-Lösungsmittel-Gemisch
abgeführt werden kann. Es findet dann eine Kondensation des Gemisches im Wärmeaustauseher
statt und schließlich eine Trennung der beiden Bestandteile des Gemisches voneinander#
Das verbleibende Losungsmittel wird im Prozeß wieder zugeführt.
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Das entwässerte Trockenprodukt wird nach erfolgtem Druckausgleich
der Reaktoren 6 bis 8 über die Bodenauslässe und Förderschnecken in den Vorlagebehälter
13 transportiert und schließlich im Röhrenofen verbrannt. Als zu deponierende8 Endprodukt
verbleibt allein die Asche.
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Die in Fig. 2 der Zeichnung dargestellte Anlage arbeitet im Prinzi
wie die bereits beschriebene, beinhaltet aber die Ausbaumöglichkei auf ca, 70.000
Jahrestonnen Trockensubstanz durch die zusätzlich vorgesehenen Reaktoren 6a>
7a und 8a.
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B e z u g s z e i c h e n l i s t e: 1 Ausdehnungsbehälter f(1r Wärmeträgeröl
2 Röhrenofen 3 Verdampfer 4 Tank 5 Transportleitung 6, 6a Reaktoren 7, 7a Reaktoren
8, 8a Reaktoren 9 Wärmetauscher 10 Destillationsvorlage 11 Wasserabscheider 12 Vakuumpumpe
13 Vorlagebehälter 14 Anschluß i5 Mischer TS/95 - Staubkohle 16 Pumpleitung 17 Wagen
für vorentwässerten Klärschlamm 18 Anschluß Lösungsmittel 19 Rohrleitung 20 Kreuzbalkenrührwerk
21 Bodenauslässe 22 Rohrleitungsanschlusse