DE3922298A1

DE3922298A1 - Klaerschlammentwaesserung

Info

Publication number: DE3922298A1
Application number: DE3922298A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Hantke; Angelo Ing Grad Scordialo
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1991-01-17
Also published as: DD296472A5

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schlammabtrennung und besseren Entwässerung desselben aus kommunalen und industriellen Abwässern.

Stand der Technik

Abwässer kommunaler und industrieller Herkunft enthalten Inhaltsstoffe verschiedenster Teilchengröße. Zur Rückführung des Wassers in den natürlichen bzw. Gebrauchswasserkreislauf müssen die Abwässer gereinigt, d. h. vor allem durch Flockung der in feiner Form dispergierten Teilchen geklärt werden. Der dazu gehörige Stand der Technik ist, daß es durch Zusatz geeigneter anorganischer und/oder organischer Flockungsmittel gelingt, die stabilen wäßrigen Dispersionen unter Agglomeration der dispergierten Teilchen zu größeren und dann mechanisch besser abtrennbaren Feststoffen aufzuspalten. Die dabei z. B. als Filterkuchen anfallenden Feststoffe, die anschließend entsorgt werden müssen, beispielsweise durch Verbrennung, enthalten nur ca. 20 bis 30 Gew.-% Trockensubstanz (TS).

Anorganische Flockungsmittel, die in der Praxis eingesetzt werden, sind vor allem Aluminium- und Eisensalze, insbesondere in Form der Sulfate und Chloride. Nachteile bringen diese Zusatzstoffe, weil sie als solche mit den vorwiegenderweise zu verbrennenden Schlammstoffen so nicht entsorgt werden können und zudem den Wirkungsgrad der Entwässerungsaggregate negativ beeinflussen.

Als organische Flockungsmittel, bzw. Flockungshilfsmittel wie sie auch bezeichnet werden, werden vor allem wasserlösliche, synthetische Polymere auf Basis von Polyethyleniminen, Poly(meth)acrylamiden und Poly(meth)acrylaten mit nichtionischem, anionischem und kationischem Charakter verwendet.

Aus der DE-OS 30 26 187 ist ein Schlammbehandlungs verfahren bekannt, bei dem in den zu behandelnden Schlamm ein Fasermaterial zusammen mit einem Koagulierungsmittel eingearbeitet wird. Als Fasermaterialien können hierzu sowohl solche anorganischer als auch organischer Natur, natürlicher oder künstlicher Herkunft, wie beispielsweise Wollfasern, Papiere, Pulpen, Polyesterfasern u. a. eingesetzt werden. Dadurch wird eine rasche Entwässerung des Schlammes erreicht und es werden Filterkuchen mit vermindertem Wassergehalt, bis herunter zu ca. 67% Wasser, erhalten.

Die DE-OS 36 42 362 beschreibt ein Mittel zur Abtrennung dispergierter Teilchen aus Dispersionen, das dadurch erhalten wird, daß eine wäßrige "Lösung" auf Basis von Zellstoff, Holzschliff und/oder Altpapier mit einem Polyelektrolyten versetzt wird. Bei dessen Anwendung zum Entmischen von Dispersionen, z. B. bei der Klärung industrieller Abwässer, werden übliche Filtrationsschwierigkeiten vermindert und die erhaltenen Filterkuchen lassen sich problemlos verbrennen.

Die Abwässer von Zellstoffabriken oder von Papierfabriken mit hohen Anteilen Fasern auf Cellulosebasis lassen sich mechanisch durch Sedimentation oder chemisch-mechanisch, d. h. durch Sedimentation in Gegenwart synthetischer Polyelektrolyte als Flockungsmittel, relativ problemlos klären. Dabei anfallende, nichtentwässerte Schlämme enthalten 0,5 bis 10 Gew.-% TS. Solche nichtentwässerten Schlämme aus Papier und Zellstoffproduktionen lassen sich beispielsweise durch Druckfiltration auf über 40% TS entwässern. (Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 17, Seiten 558-559 und 602-603).

Aufgabe und Lösung

Ein Hauptziel bei Abwässerklärungen ist weiterhin nach dem Klärvorgang einen möglichst wasserarmen Schlamm, d. h. einen solchen mit über 40% Trockensubstanz (TS) zu erhalten, und der aus Stoffen besteht, die sich leicht und möglichst rückstandslos entsorgen lassen, was durch natürliche Vermoderung bei der Kompostierung oder der Humusbildung auf Äckern oder durch Verbrennung zu erreichen ist.

Diese Aufgabe wird durch den Erfindungsvorschlag gelöst, Klärschlämme kommunaler oder industrieller Herkunft mit faserhaltigen Klärschlämmen, wie sie produktionsbedingt in Zellstoffabriken und in Papierfabriken anfallen, zusammenzuführen und unter Verwendung synthetischer Polyelektrolyte die gemeinsame Entwässerung solcher Schlämme durchzuführen.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Entwässerung von kommunalen und/oder industriellen Klärschlämmen, dadurch gekennzeichnet, daß die darin dispergierten Teilchen in Gegenwart von faserstoff haltigen Klärschlämmen aus Zellstoffabriken und/oder Papierfabriken und durch Zusatz synthetischer organischer Flockungsmittel geflockt werden und diese geflockten Teilchen unter Druck oder Vakuum auf einen Trockengehalt größer 40% entwässert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit der kombinierten Wirkung der Inhaltsstoffe von verschiedenen Abwässern und deren Schlämmen bei ihrer gemeinsamen Schlammentwässerung in Gegenwart von Polyelektrolyten weist gegenüber dem Stand der Technik deutliche Vorteile auf:

- keine spezielle Herstellung einer spezifischen, Cellulosefasern-haltigen Flockungsmittel-Kombination.
- Verwendung von natürliche Fasern-haltigen industriellen Schlämmen vor ihrer Entwässerung und Entsorgung anstelle anorganischer Filterhilfsmittel.
- Kommunale und/oder industrielle Klärschlämme lassen sich nach Zumischung der faserhaltigen Industrieschlämme und Zusatz synthetischer Flockungshilfsmittel, z. B. auf Preßfiltern zu einem hohen Grade, d. h. zu Festprodukten mit <40% TS, entwässern.
- Die Entwässerung läßt sich schneller als bisher durchführen, und die Flockungsmasse ist zu höherer Dichte komprimiert.
- Die Filterkuchen haben infolge geringeren Wassergehalts höhere Heizwerte und mit dem Fasergehalt wird deren selbstgängige Verbrennung möglich.
- Die unter Druck bzw. Vakuum entstehenden Filterkuchen lassen sich ohne Verklebung von Siebgeweben bzw. von Filtergeweben lösen.
- Keine Verwendung von weiteren anorganischen Flockungsmitteln, wodurch eine weitere Elektrolytanreicherung des Filtratwassers vermieden und der Heizwert des anfallenden Filterkuchens nicht vermindert wird.

Die Erfindung ist besonders wertvoll im Hinblick auf reduzierte Deponieflächen, da die Entsorgung durch Verbrennung ohne hohen Ascherückstand, in der Regel durch selbstgängige Verbrennung möglich ist.

Durchführung der Erfindung

Die nichtentwässerten Schlämme aus der Zellstoff- und Papierproduktion fallen dort bei den mechanischen oder chemisch-mechanischen, aber auch bei den biologischen Abwasserklärungen an. Sie werden je nach Trockensubstanzgehalt, der bei Werten zwischen 0,5 und 10 Gew.-% liegt, und der in überwiegenden Menge aus ungelöster Fasersubstanz, insbesondere solcher aus Zellstoff besteht, als pumpbare, viskos-flüssige Massen bis gelartige Massen erhalten. Solche Schlämme, die weiter noch Abfallsubstanzen aus der Holz-, Stroh- oder Papieraufbereitung enthalten können, werden normalerweise auf Trockengehalte von 20 bis 60% entwässert und dann deponiert oder in der entwässerten Form als Rohstoffe anderen Verwendungen, z. B. als Zusätze zu Ziegelsteinen oder als Füllstoffe in Kunststoff-Formteile, zugeführt.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich nicht als zweckmäßig erwiesen, entwässerte Schlämme aus der Zellstoff- oder Papierproduktion zu verwenden, da diese erst wieder mit einem erheblichen technischen Aufwand aus dem kompakten, grobförmigen Zustand in den für die erfindungsgemäße Anwendungsform vorteilhaften Zustand, nämlich in 0,5 bis ca. 10 Gew.-% faserige Trockensubstanz enthaltende, nichtentwässerte Schlämme, gebracht werden müßten.

Die vorliegende Erfindung betrifft vorzugsweise die Schlammentwässerung aus kommunalen und industriellen Abwässern mit Hilfe von Schlämmen aus Zellstoff- und Papierproduktion, so daß normalerweise letztere Schlämme als Hilfsstoffe und bevorzugt in geringerer Menge bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, und diese es sind, die von den Kläranlagen der Zellstoff- und Papierfabriken zu den zu behandelnden Schlämmen in den entsprechenden Kläranlagen transportiert werden müssen. In Ausnahmefällen können auch Klärschlämme normaler Herkunft zu den Anlagen der Zellstoff- oder Papierfabriken gebracht werden.

Kommunaler Klärschlamm, der etwa 0,2 bis ca. 7%, d. h. etwa 2 bis etwa 70 kg/m³ Klärschlamm an Trockensubstanz enthält, läßt sich infolge seines hohen Anteils an organischer Substanz mit hohem Wasserbindevermögen, wie dies z. B. die Schleimstoffe sind, und die den spezifischen Filterwiderstand drastisch erhöhen, schlecht entwässern. Der Zusatz des faserhaltigen Schlammes bewirkt, daß die wasserpermeablen Fasern ein Strukturgerüst mit guter Drainagewirkung bilden. Die verwendete Fasermenge und damit die Menge des faserhaltigen Schlammes hängt von der Art und den Eigenschaften des zu behandelnden Schlammes und der Menge und Art des zu verwendenden Flockungsmittels ab. Erfindungsgemäß werden auf 100 Teile Trockensubstanz in kommunalen und industriellen Klärschlämmen 1 bis 100 Teile insbesondere 5 bis 95 Teile und vor allem 10 bis 90 Teile faserhaltige Trockensubstanz in Form von ca. 0,5 bis etwa 10%igem nicht entwässertem Schlamm aus der Papier- oder Zellstoffproduktion eingesetzt.

Diese Verhältnisse von kommunalen bzw. industriellen Abwasserschlämmen zu den faserhaltigen Klärschlämmen aus Holz oder Strohzellstoff- und Papierfabriken zeigen, daß die Entwässerung und Entsorgung der faserhaltigen Schlämme in diesen Verarbeitungsbetrieben sich auf deren Abtransport zu übrigen Kläranlagen beschränken kann.

Als Flockungsmittel werden die sogenannten Flockungshilfsmittel, d. h. wasserlösliche, synthetische, organische Polymere als Zusatz mitverwendet. Durch Vermeidung des Zusatzes der anorganischen Flockungsmittel auf z. B. Aluminium- oder Eisensalz-Basis wird der Heizwert der Filterkuchen nicht drastisch vermindert und keine Aufsalzung des Filtratwassers bewirkt. Die Polymeren können neutraler, anionischer oder kationischer Natur sein. Vorzugsweise werden synthetische kationische Polyelektrolyte bei der erfindungsgemäßen Schlammentwässerung eingesetzt. Als synthetische organische Flockungsmittel werden vor allem solche auf der Basis Acrylamid, Methacrylamid, N,N- Dimethylaminoethylmethacrylat, neutralisiert oder quaternisiert, N,N-Dimethylaminopropylacrylamid, quaternisiert, Acrylsäure, (Meth)acrylester, oder solche auf Basis von Ethylenoxid oder Ethylenimin als Homo- oder Copolymerisate verwendet. (Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 11, Seiten 581-585 und Band 6, Seiten 441-442).

Die erfindungsgemäß benötigte Flockungshilfsmittelmenge liegt bei 2 bis etwa 70 kg Trübstoffe pro Kubikmeter enthaltenden kommunalen bzw. industriellen Klärschlämmen bei etwa 0,05 bis 5 kg, vor allem bei 0,1 bis 2,5 kg und insbesondere bei 0,2 bis 1,5 kg pro Tonne Trockensubstanz (TS).

Erfindungsgemäß vermischte und konditionierte Klärschlämme lassen sich dann problemlos auf herkömmlichen Filtern, wie den Preßfiltern, z. B. Kammerfilterpressen, Siebbandpressen, Membranfilterpressen oder den Vakuumfiltern, z. B. Scheibenfilter oder Drehfilter, entwässern. Bei dieser Schlammbehandlung werden Filterkuchenmassen mit Trockensubstanzgehalten von über 40 bis ca. 50% erhalten.

Zur Beurteilung der Entwässerbarkeit wurde die standardisierte Saugzeit CST (Capillary Suction Time) nach einer von U. Loll in "Korrespondenz Abwasser", 24. Jg. 1977, S. 295-299 beschriebenen Methode bestimmt. Dabei wird eine Schlammprobe in einen 18 mm weiter Zylinder eingefüllt, der an der Unterseite mit einer saugfähigen Filterkartonplatte verschlossen ist. Diese saugt Wasser aus der Schlammprobe auf. Gemessen wird die Zeit, in der sich die Kreisfläche des aufgesaugten Wassers von 32 mm auf 45 mm Durchmesser ausdehnt. Die Entwässerbarkeit ist um so besser, je kürzer diese Zeit ist. Der CST-Wert des konditionierten Schlammes sollte zwischen 20 und 30 sec, auch bei extremer Scherbelastung (Rührung), liegen.

Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung weiter erläutert.

Beispiele A. Kenndaten der eingesetzten Schlämme: Tabelle 1

Tabelle 1

B. CST-Messungen nach Zusatz eines Flockungshilfsmittels (FHM): Tabelle 2

Als FHM wurde ein gebräuchliches kationisches Methacrylamid-Trimethylammoniumethyl(meth)acrylat-chlorid- Copolymerisat (Rohafloc® KF 760 der Röhm GmbH, Darmstadt) eingesetzt und als 0,1%ige wäßrige Lösung den Schlämmen zugesetzt. Die verwendeten Mengen an FHM sind in ppm bezogen auf Gesamt-TS angegeben.

Die CST-Bestimmung erfolgte in Abhängigkeit von der zudosierten FHM-Menge und den Einwirkungszeiten (Rührzeiten; Rührgeschwindigkeit: 800 Upm).

Tabelle 2

Wie aus der Tabelle 2 hervorgeht, werden durch kombinierten Zusatz von Papierschlamm und Flockungshilfsmittel die CST-Werte und damit das Entwässerungsverhalten von kommunalem Klärschlamm erheblich verbessert.

C. Schlammentwässerungsmessungen: Tabelle 3

Je 500 ml Schlämme 1 bis 4 wurden mit einer 0,1%igen Lösung des unter B. angegebenen FHM versetzt und nach 10maligem Umschütten durch ein rundes Sieb mit einem Durchmesser von 12 cm und Maschenweite von 0,25 mm gegeben und die Menge Filtratwasser in Abhängigkeit von der FHM- Menge (angegeben in ppm bzw. auf TS) und der Zeit bestimmt.

Tabelle 3

Die Ergebnisse nach Tabelle 3 zeigen, daß bei der kombinierten Klärung mit deutlich erniedrigten FHM- Zusätzen ein gutes Schlammentwässerungsverhalten erreicht wird.

Claims

1. Verfahren zur Entwässerung von kommunalen und/oder industriellen Klärschlämmen, dadurch gekennzeichnet, daß die darin dispergierten Teilchen in Gegenwart von Faserstoffe-haltigen Klärschlämmen aus Zellstoffabriken und/oder Papierfabriken und durch Zusatz synthetischer, organischer Flockungsmittel geflockt werden, und die geflockten Teilchen unter Druck oder Vakuum auf einen Trockengehalt größer 40% entwässert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf 100 Teile Trockensubstanz in den kommunalen und/oder industriellen Klärschlämmen 1 bis 100 Teile, insbesondere 5 bis 95 Teile und vor allem 10 bis 90 Teile faserhaltige Trockensubstanz in Form eines 0,5 bis etwa 10%igen nicht entwässerten Schlamms aus der Papier- oder Zellstoffproduktion eingesetzt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als synthetische, organische Flockungsmittel, Polymere in Mengen von 0,05 bis 5 kg, vor allem in Mengen von 0,1 bis 2,5 kg pro Tonne Trockensubstanz, bei kommunalen und/oder industriellen Klärschlämmen, die 2 bis 70 kg Trübstoffe pro Kubikmeter enthalten, eingesetzt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als synthetisches, organisches Flockungsmittel ein kationisches Polymer zugesetzt wird.