WO1996006060A1 - Verfahren zur aufbereitung, verwertung und pelletierung von organischen und anorganischen verbindungen in fester und flüssiger form insbesondere von biomasse und biogenen schlämmen, mehr insbesondere von klärschlamm - Google Patents

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WO1996006060A1 PCT/EP1995/003336 EP9503336W WO9606060A1 WO 1996006060 A1 WO1996006060 A1 WO 1996006060A1 EP 9503336 W EP9503336 W EP 9503336W WO 9606060 A1 WO9606060 A1 WO 9606060A1
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sewage sludge
water
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Dieter MÄHL
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Maehl Dieter
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    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G1/00—Mixtures of fertilisers belonging individually to different subclasses of C05
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05D—INORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C; FERTILISERS PRODUCING CARBON DIOXIDE
    • C05D9/00—Other inorganic fertilisers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F7/00—Fertilisers from waste water, sewage sludge, sea slime, ooze or similar masses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses

Definitions

  • Preparation process Recovery and pelleting or g ani ⁇ and inorganic compounds in solid and liquid form in particular of biomass and biogenic slurries, more particularly of sewage sludge.
  • the invention represents to a large extent biological pretreatment of the sludges of the most varied origin and composition. From the manure to the pulp, all organic and inorganic compounds are to be seen as co-glomerates which do not differ greatly from one another.
  • the invention therefore relates to a process for the treatment of biomass and biogenic sludge, in particular sewage sludge, into solid fertilizers and soil conditioners.
  • the process can be applied to all types of sewage sludge which occur in sewage treatment plants and whose disposal in landfills or their agricultural or forestry use poses considerable problems.
  • Sludges from wastewater treatment plants usually fall with a water content of 90 to 95% by weight! zo that usually a further treatment to increase the dry matter content is carried out.
  • energy-intensive chemical, mechanical and thermal dewatering processes are used, whereby the extent to which dewatering must be carried out depends on the disposal options for the solid.
  • the landfill of pretreated sewage sludge is the preferred method of disposal.
  • the landfill is overloaded by the large amount of sludge and the formation of foul gases, leachate, odors and the accumulation of pathogenic germs make the landfill a source of potential environmental hazard Landfilling or incineration of organic raw materials cannot and should not continue for political reasons.
  • the European arable land lacks carbon and Micronutrient compounds; 200 years of agriculture calls for a continuation and addition of Liebig's teachings.
  • the anionic and cationic minerals including N-nitrogen are largely known for their effect in crop production.
  • the effects of carbon and micronutrients have to be investigated more comprehensively, while biogenic substances without toxic residual compounds have hardly been investigated for growth optimization at all.
  • Sewage sludge and lime-treated sewage sludge are therefore applied to agricultural land in many cases in accordance with the strict legal regulations.
  • this spreading is severely restricted due to the increasingly strict waste disposal, water budget and emission protection laws as well as the possible occurrence of unpleasant smells, pathogenic germs, worm eggs etc.
  • Sludge composting is, however, complex in terms of process technology and energy, structural materials are required and the compost product is often not odorless and not harmless in terms of disease.
  • the sewage sludge is often also concentrated by mechanical or thermal dewatering to a water content of less than 70% by weight. This process is very energy-intensive and
  • the sludge can also be dried and burned using known methods. This
  • Patents with a comparable goal but different technology may be mentioned.
  • Fertilizers based on sewage sludge with the direct addition of inorganic cation exchangers to the sludge show a good binding of volatile components, but only a sludge-like to pasty material was obtained which retains the disadvantages listed above, in particular the high water content and the questionable health-related concerns .
  • a sewage sludge compound fertilizer was produced by mixing and coating preformed individual fertilizer salt particles with water-containing sewage sludge, changing their size and shape, and partially removing the water. is driven out by drying. Both the high technical and energy expenditure and the low usable sewage sludge content per unit of product have been found to be disadvantageous in this process.
  • EP 88-301689 describes a process for treating sewage sludge for the production of a fertilizer, in which the process steps consist in adding alkaline materials to the sewage sludge until a pH of 12 is reached or exceeded and then drying the mixture is carried out by blowing in air and adding swelling agents. This process is also very energy and investment-intensive and places high demands on the worker due to the use of caustic chemicals. and environmental protection as well as the material quality of the apparatus.
  • the object on which this invention is based consists in the processing of organic substrates, also called sludges, sludges, to the extent that they are contaminated (industry), become landfill-capable in this process and are therefore not biogenic. Due to the process steps, up to 90% by weight of water are extracted in three stages, whereby an energy expenditure of DM 5.00 per ton is applied per ton.
  • This process for treating sludge leads to a soil additive or hazardous waste that can be landfilled.
  • the present invention is based on the further object of specifying a process for the preparation and recycling of biomass and biogenous sludge, in particular sewage sludge, as a result of which rapid water binding or dewatering is achieved in the same apparatus with little effort and without additional thermal energy
  • the product is hygienized and deformed, so that a product that is valuable in agriculture or forestry can be obtained.
  • the products should be metered, granular, low-dust, mechanically stable and easy to store, as well as soil-improving properties and a long-term fertilizing effect, plant-compatible and biodegradable.
  • the problem is solved with a method for the treatment of sewage sludge for the production of a fertilizer or Soil structure improver in which the pre-dewatered sewage sludge or lime-treated sewage sludge with a solids content of 25 to 90% by weight, preferably 50% by weight, with a water-binding and swellable and ion-exchanging binder, with inorganic and organic nutrients, preferably with compost , to improve the fertilizing properties and above all with solid, granular flour made of porous rock, « aerated concrete flour or wood flour is mixed and this mixture in an apparatus for mechanical high pressure agglomeration through targeted action of compaction forces on small volume elements for primary pre-agglomeration as a result of the structure Components generated friction energy is heated and the heated mixture is pressed through cylindrical channels with further heating due to the release of friction energy.
  • the release of the tribomechanical energy leads to the material being briefly heated to temperatures of well over 100 ° C., so that it is hygienized, the harmful, pathogenic germs and worm eggs being destroyed and the product receiving a stable, dust-free form.
  • an extruder supplies compression and friction energy under vacuum to the evaporation of water.
  • a pelletizer are also pressed under vacuum slurry through a die, here arise temperatures> 138 * C wherein the pasteurization begins.
  • Post-drying with coating of the pellets preserves them sustainably.
  • the moments of inertia are not achieved according to known methods due to excessively high mineral additions, these also stand against the fertilizer laws; but by returning already treated sludge before the decanter or press screw and before the extruder input. Since this returned end product is mixed with peat-coconut pulp and starch, the returned end product is max. at 20 wt .- * also for starch as plastic.
  • the invention relates to: 1.1.
  • Process for the preparation, utilization and pelleting of all cellulose or carbon-containing nitrogen compounds such as:
  • Cereal pulp with high and low solids contents hereinafter referred to as substrate, in which peat, coconut flour, lava flour, cellulose, lime and potassium are only used to improve the structure of the pellets as a pressure agglomeration aid.
  • the biomass obtained contains at least 91% by weight! Solids and can be used as soil additives according to the Fertilizer Act.
  • V The sludge according to 1.1 with dry matter contents between 2.5% by weight and 25% by weight. are homogenized and nitrified, whereby ammonium (NH ft ) is converted to nitrate (N0 3 ). Furthermore, H 2 S connections to other connections are configured.
  • the pellets produced according to I.II are conveyed through a pipe.
  • a conveyor belt and heat exchanger are located in this tube. It is a pipe drying whereby the pellets are post-dried without mechanical stress. The drying takes place through the pellets' own heat of approx. 80 "C. Circulation in the heat exchangers keeps the ambient temperature in the pipe constant, with the pipe angled by% and ending as a chimney.
  • the pellets according to 2.1 fall through a spray tower and then fall through a spray cone consisting of water and soda water glass .
  • the pellets floating in this Sprühtm by a hot air blower which 60 * C hot air of the final drying removes and reduces the gravitational forces.
  • the final drying is made of a tube in which also a conveyor belt and plate heat exchangers were installed. The conveyor belt of the final drying dims the pellets from the spray as a sealed grain fraction 4.5 x 4.5 mm and transports them in storage silos.
  • a slight negative pressure is applied in the filled storage silo in order to avoid residual condensates during the cooling process. After 24 hours, the pellets are insensitive to mechanical or abrasive stress and are therefore suitable for blower transport or loading and are seawater-resistant.
  • lava flour and silicate compounds as structure formers tribomechanical and pressure agglomerative effects such as homo- ensure the consistency of the material matrix and friction energy; that lava flour is used in a grain size of 0.001-0.01 mm; that the tribomechanically active proportion of lava flour does not exceed 5% by weight; that substrates of water-absorbing materials such as peat flour (peat) or coconut flour (coconut fiber) should not be added in excess of 25% by weight of 95% TS; that organic and inorganic compounds such as starch, straw and grasses (c4 grass) -organically, which provide the detection of humic substance formation in the soil, provide structural substrates for the substrates.
  • peat peat
  • coconut flour coconut fiber
  • the substrates are separated by binders (substitutes) in the decanter i solid and liquid fractions; that the dewatered substrates are structurally improved by means of a binder, heated / pasteurized with the aid of an extruder and vacuum-dewatered (steam) by 25% by weight; that the step in the known shape is carried out in pelletizing plants (press channels).
  • binders substitutes
  • the dewatered substrates are structurally improved by means of a binder, heated / pasteurized with the aid of an extruder and vacuum-dewatered (steam) by 25% by weight; that the step in the known shape is carried out in pelletizing plants (press channels).
  • Tribomechanical effects are only of minor importance here.
  • the die (press channels) should have an average of 4.5 ⁇ .
  • the thickness of the die should be 70 mm; that the loading of the substitutes, that agglomerating and tribometing optionally takes place material-related on the respective plant modules provided for this purpose; that conditioned sewage sludge ⁇ 25% by weight? TS can be treated and pelleted; that the binding power of the pellets is increased by a nitrogen-containing polysaccharide - here chitin / chitosan chyustaceae and mushrooms of 0.1-1% by weight; that the cohesion of the matrix and the improvement in nutrients as well as the adjustment of the shear forces due to algae meal from the algae group La inarq-Digitates of 0.1-10% by weight?
  • Rock, gas concrete or wood flour or a mixture of these essentially depends on the water content of the sewage sludge and can be up to 60% by weight! based on the product produced according to the invention.
  • this frictional heat and the tribo-mechanical effects in the press channels of the pelletizing drum increase the temperature under pressure so much that the sewage sludge is hygienized, which is accompanied by further evaporation of the water is connected and leads to the formation of very solid, irreversible matrix structures of the product, as a result of which the nutrients of the product are only released slowly in a retarding manner in the soil.
  • the agglomeration of the mixture of sewage sludge, binder and tribomechanically active components is carried out in roller pelletizing devices known per se.
  • the residual water content in the product produced according to the invention is essential when it is to be stored. Fertilizer- pellets with water contents from 0 to 25% by weight. are preferred.
  • Dosable, mechanically stable, low-dust pellets with a diameter of 2 to 10 mm and a length of 5 to 30 mm are advantageous for agricultural or forestry applications as well as recultivation measures.
  • the sewage sludge used has a deficiency in nutrients
  • the product can be harmonized or raised by adding micronutrient-containing multi-nutrient fertilizers or correspondingly concentrated individual fertilizers and trace elements to the respectively required values for special fertilizers produced according to the invention.
  • the structure formers In order to increase the mechanical strength of the inorganic / organic product matrix, it is possible, according to the invention, to add up to 30% by weight of the structure formers by adding additives made from solid oxides, hydroxides, metasilicates or carbonates of calcium or magnesium the product to increase. This results in very stable soil structure improvers that retain their shape in the soil for a very long time and release the nutrients very slowly.
  • the product produced according to the invention or its sieved fine grain fraction can be recycled in an amount of 0.1 to 02 and added directly to the starting mixture before agglomeration. As a result, a product that is too fine-grained can also be easily recycled.
  • the process according to the invention has the advantage that the pre-dewatered biomass is simultaneously hygienized, agglomerated and dried in a simple, one-step process with a short dwell time and can be used as a valuable fertilizer or soil conditioner without further aftertreatment or thermal drying, while in conventional treatment and drying process for thickened biomass or sludge additionally Process steps before and after shaping are required to obtain a stable granulated dry product.
  • the structure matrix formed with the aid of the method according to the invention on the basis of porous rock flour and layered silicate binding agents is harmless to plants. Due to their porous structure, in which the nutrients and organic substances are stored, the nutrient releases and decomposition take place with a sustained release effect.
  • the inorganic matrix structure has a long shelf life in the soil and thus acts as a soil structure improver with ion exchange and water retention capacity, as well as long-term binding of mineralized nutrients.
  • the pourability and abrasion resistance of the product produced by the process according to the invention enable the use of fertilizer spreaders and meterers for mineral fertilizers, as are customary in agriculture. This also makes the ecologically and plant-physiologically optimal use of fertilizer possible.
  • the product obtainable according to the invention can be cereal plants such as wheat, oats, barley, rye and corn, as well as root crops and other crops.
  • the yield in viticulture, as in general in horticulture, can be increased considerably.
  • the method according to the invention converts an environmentally disruptive product in the form of a sewage sludge into a valuable, environmentally friendly, spreadable economic good.
  • the landfill space freed up by this can be used for other purposes.
  • the process according to the invention can be carried out simply and economically, especially since readily available and cheap additional materials are available with lava flour and smectites, gas concrete or wood flour.
  • the figure shows a flow diagram of a preferred method carried out according to the application and the apparatus used.
  • Wood, compost and / or household waste without metal, glass, plastics and similar materials, ground or shredded to a size of less than 20 mm, are preferably by means of feed la a conveyor belt, fed to the Ruhrwerk 4 with an aerobic ventilation 5. Furthermore, sewage sludge (2.5-6% TS) from the tank 2 by means of feed 2a and pulp, molasses and / or stillage from tank 3 by feed 3a at the Ruhrwerk 4 fed. Water is also supplied from water tank 6 by means of feed 6a, except for 9% TS in Ruhrwerk 4.
  • Ruhrwerk 4 An aerobic stage is carried out in Ruhrwerk 4, advantageously with aeration and / or addition of "Bio Water Clean” (BWC), a commercial biological cleaning preparation.
  • BWC Bio Water Clean
  • the material is fed from the Ruhrwerk 4 to the decanter, advantageously a three-stage decanter, a liquid phase being separated off, which is returned to the water substrate container 6 by means of a feed 8a.
  • feed 16 feeds one or more materials to the extruder, selected from lava flour, algae meal, peat, coconut, starch, straw, grasses C4, chitin, calcium nitrate, preferably approximately 5%, potassium carbonate saltpetre, preferably about 2%, phosphate, preferably about 15%, magnesium nitrate, preferably about 10%, monopotassium phosphate preferably about 15.2%, potassium, preferably about 8.8% manganese sulfate, preferably about 1%, and / or any combination tion of it.
  • materials to the extruder selected from lava flour, algae meal, peat, coconut, starch, straw, grasses C4, chitin, calcium nitrate, preferably approximately 5%, potassium carbonate saltpetre, preferably about 2%, phosphate, preferably about 15%, magnesium nitrate, preferably about 10%, monopotassium phosphate preferably about 15.2%, potassium, preferably about 8.8% manganese sulfate, preferably about 1%, and /
  • the material from decanter 8 and the added Mate ⁇ is rials from supply 16 at a temperature of 100-200 * C, preferably 130-150 * C, more preferably about l4 ⁇ ° C, from the extruder 8 extruded onto a manner known per se as mentioned above.
  • the material is fed through feed 9a to shaking screen 10, of which the separated solids are fed back to extruder 9 through feed 10.
  • the material is fed to the pelletizing device 11 by feed 10a for pelletizing, where the material is pelletized at a temperature of 100-200 * 0, preferably 130-150 * 0, more preferably approximately 1440 * C.
  • a drying stage is then carried out in belt dryer 12 by feed 11a, followed by treatment in spray tower 13 by feed 12a, sodium silicate and fresh BWC being fed in simultaneously by feed 13a.
  • warm air (air-steam Aerosol) of the extruder 9, the vibrating screen 10, the belt dryers 12 and 14 and the spray tower 13 can be fed to a condenser with a fixed bed of lava rock, through lines not shown in the figure.
  • the water condensed in the condenser can then be fed again to the water substrate container 6.
  • the hot air from the condenser 17 can also be used again in the process, for example in the shaker 10 or belt dryer 12 and 14, so that the useful effect of the energy of the system is further conveyed.
  • the liquid phase from the water substrate container 6 can also be used in the production of liquid thinners, and / or the excess can be fed to a clarifier known per se.
  • Organic excess sludge which has no detectable toxic heavy metal content according to the valid sewage sludge regulation and as a thickened, lime-treated sludge a water content of 65 G v. -%, is with 15 Gew-Ji Kali, 15 Gew-? Lava stone powder with a grain size of 1.01 to 1.2 mm and 5% smectite with high swelling capacity was added and mixed and then transferred to the drum of a high-pressure agglomeration apparatus equipped with a perforated die with drilling channels of 4.5 mm in diameter is.
  • the running surface of the die is 200 mm and the effective press surface is 3700 cm 2 , which results in a performance-related specific press surface of 20 cm 2 / kW.
  • the product is pre-agglomerated at a die speed of approx. 150 to 200 rpm and pressed through the press channels, whereby, due to the coarse-grain material, considerable frictional heat is released, which intensifies short-term pressure hygienization , the evaporation of water and the formation of a mechanically stable inorganic-organic structure matrix.
  • the pellets sheared to the desired length by a doctor blade have a residual moisture in bound water of 40 * . and a compressive strength of more than 1000 kN / cm 2 .
  • the pellets are almost odorless, gray-brown colored, free-flowing and low-dust.
  • the process can be operated batchwise or continuously.
  • the sewage sludge product is produced according to the manufacturing process as described in Example 1.
  • the bound water of the resulting pellets is approx. 30% by weight.
  • the pellets are odorless and mechanically very stable (approx. 1500 kN / cm 2 compressive strength) and meet the requirements of the current fertilizer ordinance.
  • Both natural and synthetic fertilizers are possible, in particular nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers for the production of a complete fertilizer. This complements the core nutrients already contained in the sewage sludge.
  • the added fertilizers are in particular: ammonium sulfate, urea, lime nitrate, calcium cyanamide, calcium ammonium nitrate, calcium ammonium nitrate, sodium nitrate, multi-nutrient or mixed fertilizers such as Thomaskali etc., and complete fertilizers such as Nitrophoska.
  • small amounts of a spruce needle aroma (approx. 0.001 to 0.01% by weight?) Can be added after the pellet has been obtained.
  • the granules form a soil structure improver with high mechanical strength and long durability in the soil.

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Abstract

Verfahren zur Aufbereitung und Verwertung von Biomassen und biogenen Schlämmen, insbesondere von Klärschlamm. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das sich zur einfachen und energiearmen Aufbereitung von Klärschlämmen oder anderen biologischen Schlämmen eignet und ohne Einsatz von Wärmeenergie zu einem Produkt mit geringem Wassergehalt und hoher mechanischer Festigkeit und hohem Düngewert führt. Das Produkt soll zudem geruchsfrei, lagerfähig, rieselfähig und leicht dosierbar sein, um direkt landwirtschaftlich nutzbar zu sein, und eine langfristige Düngewirkung besitzen. Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln oder Bodenverbesserern aus Klärschlamm, bei dem der vorentwässerte Klärschlamm mit schichtsilikatischem, quellfähigem Bindemittel und fein- bis grobkörnigem Gesteins-, Gasbeton- oder Holzmehl vermischt wird. Das Gemisch wird in einer Hochdruck-Agglomerisations-Vorrichtung mit Walzen durchmischt und unter Freisetzung von Reibungsenergie durch Preßkanäle gepreßt, wobei Temperaturen von mehr als 100 °C entstehen, das Produkt hygienisiert wird und eine organisch-anorganische Strukturmatrix herausgebildet wird. Eine Nachtrocknung ist nicht erforderlich.

Description

Verfahren zur Aufbereitung. Verwertung und Pelletierung von organi¬ schen und anorganischen Verbindungen in fester und flüssiger Form insbesondere von Biomasse und biogenen Schlammen, mehr insbesondere von Klärschlamm.
Verfahrensbeschreibung
Die Erfindung stellt im Gesamtverfahren eine zu einem großem Teil biologische Vorbehandlung der Schlämme unterschiedlichster Her¬ kunft und Zusammensetzung dar. Von der Gülle bis zur Pulpe sind alle organischen und anorgani¬ schen Verbindungen als nicht stark voneinander abweichendes Cohssglo- erat zu sehen.
Diese gigantische Rohstoffrecurrce aus dem Abfallmarkt zu nehmen ist mit diesem Verfahren denkbar. Die Erfindung bezieht sich deshalb auf ein Verfahren zur Auf¬ bereitung von Biomassen und biogenen Schlämmen, insbesondere von Klär¬ schlamm zu festen Düngemitteln und Bodenverbesserungsmitteln.
Das Verfahren läßt sich auf alle Arten von Klärschlämmen anwen¬ den, die in Kläranlagen anfallen und deren Entsorgung auf Deponien oder deren land- bzw. forstwirtschaftliche Nutzung erhebliche Probleme bereitet.
Schlämme aus den Abwasserbehandlungsanlagen fallen meist mit einem Wassergehalt von 90 bis 95 Gew.-J! an, zo daß in der Regel eine Weiterbehandlung zur Erhöhung des Trockensubstanz-Gehaltes erfolgt. Grundsätzlich kommen dafür energetisch aufwendige chemische, mechani¬ sche und thermische Entwässerungsverfahren zur Anwendung, wobei es von den Entsorgungsmöglichkeiten des Feststoffes abhängt, wie weit die Entwässerung getrieben werden muß.
Gegenwärtig stellt die Deponierung von vorbehandelten Klär- schlämmen die bevorzugte Art ihrer Beseitigung dar. Die Deponien wer¬ den jedoch durch den hohen Schlammanfall überlastet und durch Bildung von Faulgasen, Sickerwässern, Gerüchen sowie Akkumulation pathogener Keime stellt die Deponie eine Quelle potentieller Umweltgefährdung dar. Eine Deponierung oder Verbrennung von organischen Rohstoff kann und sollte deshalb aus staatspolitischen Gründen nicht fortgesetzt werden.
Den europäischen Ackerböden mangelt es an Kohlenstoff- und MikronährstoffVerbindungen; 200 Jahre Ackerbau fordert eine Fortset¬ zung und Ergänzung der Lehren Liebigs. Die anionischen sowie kat¬ ionischen Mineralien einschl. N-Stickstoff sind auf Ihre Wirkung im Pflanzenbauw weitestgehend bekannt. Kohlenstoff und Mikronährstoffe müssen auf Ihre Wirkung umfas¬ sender untersucht werden, während biogene Stoffe ohne toxische Rest¬ verbindungen so gut wie überhaupt nicht auf Wachstumsoptimierung untersucht sind.
Es gibt lediglich Versuche mit Fischmehlpellets die im Ertrag sowie der Pflanzengesundheit durchschlagende Erfolge brachten.
Durch den hohen Anteil an organischen Substanzen und an Nähr¬ stoffen für Pflanzen, wie Stickstoff-, Kohlenstoff- und Phosphat¬ verbindungen, sowie durch den Gehalt an Magnesium und Calciumverbin- dungen und an Spurenelementen wie Zink, Mangan, Kupfer, Bor und Molybdän stellt der Klärschlamm grundsätzlich einen wertvollen Naturdünger oder Bodenverbesserer dar.
Klärschlamm und kalkbehandelter Klärschlamm werden daher in vielen Fällen in Einklang mit den strengen gesetzlichen Regelungen auf landwirtschaftlichen Nutzflächen ausgebracht. Dieses Ausbringen ist jedoch wegen der immer strenger werdenden Abfallbeseitigungs-, Was¬ serhaushalts- und Emissionsschutzgesetze sowie wegen des möglichen Auftretens unangenehmer Gerüche, von pathogenen Keimen, Wurmeiern usw. stark eingeschränkt.
Weiterhin ist es von Nachteil, daß bei der landwirtschaftlichen Ausbringung des Klärschlammes letztlich große Mengen an Wasseranteilen im Schlamm mittransportiert werden müssen, die keinerlei düngewirksame oder bodenverbessernde Eigenschaften besitzen.
Ferner besteht eine weitere Schwierigkeit darin, daß der stark wasserhaltige Klärschlamm nur zu bestimmten Zeiten landwirtschaftlich genutzt werden kann, zo daß er mit hohen Kosten und dem Risiko der Akkumulation von pathogenen Keimen zwischengelagert werden muß.
Schlämme die wie auch immer Konditioniert werden und im Ein¬ klang mit den gesetzlichen Regelungen auf Nutzflächen verbracht wur¬ den, müssen deshalb mit viel zu hohen Wassergehalten und patho- genitäten transportiert werden. Lagerungen bzw. Zwischenlagerungen sind nicht zeitgemäß.
Es sind daher viele Versuche bekannt geworden, die oben ge¬ nannten Probleme zu überwinden. So wird versucht, das Schlammvolumen und die Schlammeigenschaften durch Kompostierung zu verbessern. Die
Schlainmkompostierung ist jedoch prozeßtechnisch und energetisch auf¬ wendig, es werden Strukturmaterialien benötigt und das Kompostprodukt is oft nicht geruchsfrei sowie seuchenhygienisch nicht unbedenklich. Der Klärschlamm wird häufig auch durch mechanisches oder thermisches Entwässern auf einen Wassergehalt von unter 70 Gew.-2 aufkonzentriert.. Dieser Prozeß ist sehr energieaufwendig und die
Geruchs- und seuchenhygienischen Probleme sind nicht überwunden. Zudem sind die Lagerung, der Transport und die Ausbringung des pastosen oder stichfesten Gutes aufwendig.
Es ist klar, daß ein wasserresistenter, geruchloser Pellet mit
5% Wasseranteil wie ein Düngemittelgranulat gehandelt werden konnte; vom Rohschlamm zum fertigen Pellet liegt der Zeitbedarf bei 60 Min.
Zur Reduzierung des Schlammvolumens kann außerdem der Schlamm nach den bekannten Methoden getrocknet und verbrannt werden. Diese
Technologien erfordern jedoch einen hohen Energieeintrag und belasten durch Abgase und Reststoffe die Umwelt.
In der "Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie Bd. 6 S
615 ff 1978 Weinheim" haben wir die Aufgabenstellung für dieses Ver- fahren.
Da diese Erfindung keinen vergleichbaren Ansatz hat, sollten
Patente mit vergleichbarem Ziel jedoch abweichender Technik erwähnt werden.
DE-81-3128673 EP-88-119626
DE- 4138670
DE-79-29331949
DE-78-28l227i
DE-78-2820729 DE-63-1467395
DE-63-li*67396
DE-62-1467389
EP-88-301689
DE- 2641627 DE-43-043429
DE- 2634839C2
Die Verwendung von weitergehend entwässertem Klärschlamm, der mit mineralischen und organischen düngewirksamen Stoffen angereichert und durch Zusatz von Branntkalk zu einem lagerfähigen, humusbildenden Produkt verarbeitet wird, ist beschrieben worden in DE 81-3128673 und EP 88-119626.
Es hat sich herausgestellt, daß diese Produkte mechanisch in- stabil sind und der Aufwand an zusätzlicher Energie zur Trocknung der Granulate und Pellets ganz erheblich ist, da teilweise Temperaturen von 300 bis 600*C aufgebracht werden müssen.
Dünger auf Klärschlammbasis mit direktem Zusatz anorganischer Kationenaustauscher zum Schlamm (DE 4138670) zeigen zwar eine gute Bindung flüchtiger Komponenten, doch wurde nur ein schlammartiges bis pastöses Material erhalten, welches die oben aufgezählten Nachteile, insbesondere den hohen Wassergehalt und die seuchenhygienische Bedenk¬ lichkeit, beibehält.
Nach DE 79-293199 wurde ein Klärschlamm-Mischdünger her- gestellt, indem vorgeformte einzelne Düngesalz-Teilchen unter Verände¬ rung ihrer Größe und Gestalt mit wasserhaltigem Klärschlamm vermischt und beschichtet und das Wasser z.T. durch Trocknung vertrieben wird. Sowohl der hohe technische und energetische Aufwand als auch der geringe verwertbare Klärschlammanteil je Mengeneinheit an Produkt haben sich bei diesem Verfahren als nachteilig herausgestellt.
Die Erzeigung einer festen, krümeligen Struktur des entwässer¬ ten, vorgetrockneten Klärschlammes durch anschließende Zugabe von verschiedenen Stickstoff- und phosphorhaltigen Nährstoffen und Sprüh¬ trocknung (DE 78-2812274) oder durch Wirbelbetttrocknung (DE 78- 2820729) stellt Verfahren dar, die sich wiederum als sehr energie- und investitionsaufwendig herausgestellt haben.
Diese Probleme konnten auch nicht durch Verfahren mit Zugabe von Phosphaten und anschließender Filtration sowie Trocknung des Fil¬ terkuchens (DE 63-1467395 und DE 63-1467396) oder Zentrifugation und Trocknung des Produktgemisches (DE 62-1467389) beseitigt werden.
In EP 88-301689 wird ein Verfahren zum Behandeln von Klär¬ schlammen für die Herstellung eines Düngers beschrieben, in dem die Verfahrensschritte darin bestehen, daß dem Klärschlamm alkalische Materialien zugemischt werden bis ein pH-Wert von 12 erreicht oder überschritten wird und anschließend eine Trocknung der Mischung durch Einblasen von Luft und Zugabe von Quellmitteln erfolgt. Auch dieses Verfahren ist sehr energie- und investitionsaufwendig und stellt wegen des Einsatzes ätzender Chemikalien hohe Anforderungen an den Arbeits- und Umweltschutz sowie an die Materialqualität der Apparate.
Wird der Klärschlamm zum Zwecke der Herstellung eines form¬ stabilen Düngemittels mit Gips (DE 2641627) und anderen Stoffen zur Erhöhung der Düngewirkung und zur Bindung der Nährstoffe (DE 4304342.9) versetzt und nach dem Abbinden des Gipses granuliert, so können die Schritte der Formgebung und Wasserbindung in bestimmten Grenzen der Restwassermenge zwar technologisch vereinigt werden, doch bleibt das Problem der seuchenhygienischen Bedenklichkeit und der energieaufwendigen Nachtrocknung erhalten. In der DE 2634839C2 wird ein Verfahren zur Verfestigung von Klärschlamm durch Zugabe von metallurgischen Schlacken, Gips, Flug¬ asche und Portlandzement beschrieben. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in den ökologisch bedenklichen Zusatzstoffen (metallurgische Schlacken) und der zu starken Bindung der Nährstoffe durch den Portlandzement sowie in der Notwendigkeit der thermischen Nach¬ trocknung.
Die in dieser Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Aufarbeitung von organischen Substraten auch Schlämme genannt, wobei Schlämme soweit diese kontaminiert sind (Industrie) in diesem Verfahren Deponiefähig werden und somit nicht biogen sind. Aufgrund der Verfahrenschritte werden in drei Stufen bis zu 90 Gew.-2 Wasser entzogen, wobei pro to ein energieaufwand von DM 5.00 je to angesetzt sind.
Dieses Verfahren zur Aufbereitung von Schlämmen führt zu einem Bodenhilfsstoff oder Deponiefähigem Sondermüll.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufbereitung und Verwertung von Biomassen und bio¬ genen Schlämmen, insbesondere Klärschlamm, anzugeben, wodurch mit geringem Aufwand und ohne zusätzliche thermische Energie eine schnelle Wasserbindung bzw. Entwässerung erreicht wird, im gleichen Apparat die Hygienisierung und Verformung des Produktes erfolgt und so ein land- oder forstwirtschaftlich wertvolles Produkt erhalten werden kann. Daneben sollten die Produkte dosierbar, körnig, staubarm, mechanisch stabil und gut lagerfähig sein sowie bodenverbessernde Eigenschaften und eine langfristig düngende Wirkung besitzen, pflanzenverträglich und biologisch abbaubar sein.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zur Auf¬ bereitung von Klärschlamm für die Herstellung eines Düngemittels oder Bodenstrukturverbesserers, bei dem der vorentwässerte Klärschlamm oder kalkbehandelte Klärschlamm mit einem Feststoffgehalt von 25 bis 90 Gew.-JK, vorzugsweise 50 Gew.-?!, mit einem wasserbindenden und quell¬ fähigen sowie ionenaustauschenden Bindemittel, mit anorganischen und organischen Nährsubstanzen, vorzugsweise mit Kompost, zur Verbesserung der Düngeeigenschaften sowie vor allem mit festem, körnigem Mehl aus porösem Gestein« Gasbetonmehl oder Holzmehl vermischt wird und diese Mischung in einem Apparat zur mechanischen Hochdruckagglomeration durch gezielte Einwirkung von Verdichtungskräften auf kleine Volumen- elemente zur primären Voragglomeration infolge der von den Struktur¬ komponenten erzeugten Reibungsenergie erhitzt wird und das erhitzte Gemisch unter weiterer Erwärmung infolge Reibungsenergiefreisetzung durch zylindrische Kanäle gepreßt wird. Die Freisetzung der tribo- mechanischen Energie führt zur kurzzeitigen Erhitzung des Materials auf Temperaturen von weit über 100°C, so daß eine Hygienisierung er¬ folgt, wobei die schädlichen, pathogenen Keime und Wurmeier zerstört werden und das Produkt eine stabile, staubfreie Form erhält.
Im Verfahren des vorliegenden Erfindung führt ein Extruder Ver- dichtungs- und Reibungsenergie zu unter Vakuum zur Verdampfung von Wasser. In einem Pelletiergerät werden ebenfalls unter Vakuum Schlämme durch eine Matritze gepresst, hier entstehen Temperaturen >138*C wobei die Pasteurisierung einsetzt.
Die Nachtrocknung mit Beschichtung der Pellets konserviert diese nachhaltig. Die Trägheitsmomente werden nicht nach bekannten Verfahren durch viel zu hohe Mineralgaben erreicht, diese stehen auch gegen die Düngemittelgesetze; sondern durch Rückführung von bereits behandelten Schlamm vor dem Deka ter bzw. Preßschnecke sowie vor dem Extruder- input. Da dies rückgeführte Endprodukt mit Torf-Kokos-Zellstoff und Stärke versetzt wird, liegt das rückgeführte Endprodukt max. bei 20 Gew.-* auch für Stärke als Kunststoff.
Mehr insbesondere, bevorzüglich und mit Vorteil betrifft die Erfindung: 1.1. Verfahren zur Aufbereitung, Verwertung und Pelletierung von allen cellulose- oder kohlenstoffhaltigen Stickstoffverbin¬ dungen wie:
Kartoffelpülpe Schlempen tierische Abfälle pflanzliche Abfälle
Ko poste
Feststoffe der Gülle Klärschlamm
Industrieabfälle (Nährungsmittelproduktion)
Maispülpe
Getreidepülpe mit hohen und niedrigen Feststoffgehalten, im folgendem Substrat genannt, bei welcher Torf, Kokosmehl, Lavamehl, Cellulose, Kalk und Kalium lediglich zur Struktur¬ verbesserung der Pellets als Druckagglomerationshilfe einge¬ setzt werden.
II. Die gewonnenen Biomassen enthalten mind. 91 Gew.-J! Feststoffe und können als Bodenhilfsstoffe nach Düngemittelgesetz ein- gesetzt werden.
Es ist nicht das primäre Ziel Düngemittel herzustellen. Das produkt entspricht der BodenhilfStoffe Regelung der EG.
III. Die durch Druckagglomeration und Reibung sich ergebende Tem¬ peraturanstieg von > l4θ°C bringt die nach internationalen Maßstäben erforderliche Hygienisierung bzw. Pasteurisierung.
Es ist vorgesehen eine Absaugung für den Transport der zwangsläufig entstehenden Wasserdämpfe zu integrieren. Der tribomechanische Vorgang setzt Energie frei, wobei mit Hilfe einer Vakuumpumpe durch Unterdruck Feuchte bis auf <75% TS entzogen wird.
IV. Das in l.III beschriebene Verfahren ist üblich eine Grund¬ voraussetzung für den Pelletiervorgang da TS-Gehalte von <75 Gew.-JÜ meist zwingend sind. Die Pressung erhöht wiederum zwangsläufig den Wasserverlust um 10 Gew. -% . Dies entspricht einen TS-Gehalt von 85 Gew. -% . Die Pellets mit einem Durch¬ messer von > 4,5 mm werden auf 4,5 mm Länge geschnitten.
V. Die Schlämme nach 1.1 mit TS-Gehalten zwischen 2,5 Gew.-Jt bis 25 Gew.-J. werden homogenisiert und nitrifiziert, wobei Ammo¬ nium (NHft) nach Nitrat (N03) überführt wird. Desweiteren werden H2S-Verbindungen zu anderen Verbindungen konfiguriert.
Diese Sulfate sind zum Beispiel: Calciumsulfat - CaSO^ Kalium - K2S04 Kaliumhydrogen - KHSO4 Magnesium - MgS04 als Salze. Diese vorgenannten Verbindungen sind geruchlos. In dieser Phase wird der pH auf 5,5-7.0, vorzugsweise ungefähr 6,2 ein¬ gestellt. 2) Röhrenbandtrockner
1. Die nach l.II hergestellten Pellets werden durch ein Rohr gefördert. In diesem Rohr befindet sich ein Förderband sowie Wärmetauscher. Es handelt sich um eine Rohrtrocknung wobei die Pellets ohne mechanische Beanspruchung nachgetrocknet werden. Die Nachtrocknung erfolgt durch ca. 80"C Eigenwärme der Pellets. Durch Zirkulation in den Wärmetauschern wird die Umgebungstemperatur im Rohr konstant gehalten, wobei die Röhre um % abgewinkelt und als Kamin endet. Im Rohrbogen befindet sich ein Schlitz durch den das Förderband um 500 mm den Rohrbogen überragt, an diesem Punkt der Anlage haben die Pellets einen TS-Gehalt von 90 Gev . -% . 2.II. Die Pellets nach 2.1. fallen durch einen Sprühturm und fallen dann durch einen Sprühkegel der aus Wasser und Natronwasser¬ glas besteht. Dieses Gemisch benetzt die Pellets und versie¬ gelt selbige. Die Pellets schweben in diesem Sprühtürm durch ein Warmluftgebläse welches 60*C warme Luft der Endtrocknung entzieht und die Gravitationskräfte vermindert. 2.III. Die Endtrocknung besteht aus einem Rohr in dem ebenfalls ein Förderband sowie Platten-Wärmetauscher installiert wurden. Das Förderband der Endtrocknung dimmt die Pellets aus dem Sprühtuπn als versiegelte Kornfraktion 4,5 x 4,5 mm auf und transportiert diese in Lagersilos. 2.IV. Im gefülltem Lagersilo wird ein leichter Unterdruck angelegt um beim Abkühlungsprozeß Restkondensate zu vermeiden. Nach 24 h sind die Pellets gegen mechanische oder abbrasive Be¬ anspruchung unempfindlich und damit für ein Gebläsetransport bzw. -Verladung geeignet sowie seewasserfest. Weitere bevorzugte Vorteilsaspekte der Erfindung sind, alleine oder kombiniert: daß Lavamehl und Silikatverbindungen als Strukturbildner tribomechanische wie druckagglomeratorische Effekte wie homo- genität der Stoffmatrix und Reibungsenergie gewährleisten; daß Lavamehl in einer Korngröße von 0,001-0,01 mm verwendet wird; daß der tribomechanisch wirkende Anteil an Lavamehl nicht 5 Gew.-% überschreitet; daß Substrate wasserabsorbierende Materialien wie Torfmehl (Torf) oder Kokosmehl (Kokosfaser) nicht höher als 25 Gew.-X von 95 Gew.-# TS gerechnet zugesetzt werden sollen; daß den Substraten Strukturgebinde organische wie anorgani- sehe Verbindungen wie Stärke, Stroh und Gräser (c4 Gras)-or¬ ganisch die den Nachweis einer Huminstoffbildung im Boden erbringen. Sowie anorganische als Nährstoffträger beigefügt werden; daß die Substrate durch Bindemittel (Substitute) im Dekanter i feste und flüssige Fraktionen getrennt werden; daß die entwässerten Substrate durch Bindemittel struktur¬ verbessert werden mit Hilfe eines Extrunders erwärmt/pasteu¬ risiert und um 25 Gew.-JU vakuumentwässert (Dampf) werden; daß der Schritt in der bekannten Formgebung in Pelletier- anlagen (Preßkanäle) vollzogen wird. Tribomechanische Effekte haben hier nur untergeordnete Bedeutung. Die Matrize (Pre߬ kanäle) sollen Durchschnitt 4,5 ππ haben. Die Stärke der Matrize soll 70 mm betragen; daß das Beaufschlagen der Substitute, daß agglomerieren und tribometieren wahlweise Materialbezogen an den jeweiligen dafür vorgesehenen Anlagemodule erfolgt; daß mit im Markt üblichen Hilfsmitteln konditionierten Klär¬ schlamm <25 Gew.-?! TS behandelt und pelletiert werden können; daß die Bindigkeit der Pellets durch ein stickstoffhaltiges Polysacharid erhöht wird - hier Chitin/Chitosan Chyustaceen und Pilzen von 0,1-1 Gew.-2; daß die Bindigkeit der Matrize und der NährstoffVerbesserung sowie zur Einstellung der Scherkräfte durch Algenschrot aus der Algengruppe La inarq-Digitates von 0,1-10 Gew.-? erreicht wird; daß Calcium-Natriumalginat in der Pressung bei der Pelletie¬ rung durch Internes gelieren im ersten Schritt und einer Gelierung durch Abkühlung erfolgt. Verzugsweise 0,01 Gew.- bis 10 Gew.-*. Bei der Gelierung durch Abkühlung und Wasser¬ verlust wird eine Härte erreicht die höher 5-000 kN/cm2 Druck¬ festigkeit beträgt. daß durch Versiegelung mit Natriumsilikat (Si02/Na2 Orthosili- kat) Auswaschungen der Nährstoffkomplexe nich möglich sind, sowie Eutrophierungen in Gewässer unterbleiben. Eine den Schlämmen (Substrate) rückgeführte Trockensubstanz vor der Pelletierung ist mit max. 25 vor Input Extruder vorgesehen; die Aspekte definiert von die Ansprüche 2-24.
Überraschend wurde festgestellt, daß durch Zugabe von vulkanischen Tuffen oder Schichtsilikaten in Verbindung mit den grobstrukturierten Gesteins-, Gasbeton- oder Holzmehlen ein sehr festes Produktgefüge erzeugt wird, in dem bis zu 4θ# Wasser fest gebunden sein können und eine Nachtrocknung des Pellets mit Einsatz zusätzlicher thermischer Energie nicht erforderlich ist.
Die Menge der wasserbindenden Schichtsilikate und der grobkörnigen
Gesteins-, Gasbeton- oder Holzmehle oder eines Gemisches aus diesen hängt im wesentlichen vom Wassergehalt des Klärschlammes ab und kann bis zu 60 Gew.-J! bezogen auf das erfindungsgemäß hergestellte Produkt betragen.
Die mehrfache mechanische Verdichtung des Gemisches, verbunden mit der Reibungswirkung der porösen, festen und grobkörnigen Gesteins-, Gasbeton- oder der Holzmehle führt zu einer starken Erwärmung der Mischung, wodurch das Wasser rasch verdunstet.
Überraschenderweise wird durch diese Reibungswärme und durch die tribo echanischen Wirkungen in den Preßkanälen der Pelletiertrommel, sofern diese einen Durchmesser unterhalb 10 mm aufweisen, die Tempera¬ tur unter Druck so stark erhöht, daß eine Hygienisierung des Klär- Schlammes erfolgt, die mit der weiteren Verdampfung des Wassers ver¬ bunden ist und zur Herausbildung sehr fester, irreversibler Matrix- Strukturen des Produktes führt, wodurch die Nährstoffe des Produktes in einer retardierenden Weise im Boden nur langsam freigegeben werden. Erfindungsgemäß wird die Agglomerisierung der Mischung aus Klär- schlämm, Bindemittel und tribomechanisch wirksamen Komponenten in an sich bekannten Walzenpelletiervorrichtungen durchgeführt.
Wesentlich ist der Restgehalt an Wasser in dem erfindungsgemäß hergestellten Produkt, wenn dieses gelagert werden soll. Düngemittel- pellets mit Wassergehalten von 0 bis 25 Gew.-/. sind bevorzugt.
Für land- oder forstwirtschaftliche Einsatzzwecke sowie Rekulti- vierungsmaßnahmen sind dosierbare, mechanisch stabile, staubarme Pellets mit einem Durchmesser von 2 bis 10 mm und einer Länge von 5 bis 30 mm vorteilhaft.
Weist der eingesetzte Klärschlamm ein Defizit an Nährstoffen auf, ist es erfindungsgemäß möglich, der Mischung aus Klärschlamm, Binde¬ mittel und Gesteinsmehl oder Holzmehl vor der Agglomerisierung weitere Nährstoffe in Form anorganischer Verbindungen und anorganischer Sub- stanzen, insbesondere Kompost, Torf, Harnstoff oder Papiermehl zu¬ zusetzen, ohne daß das Verfahren in seinem Ablauf dadurch beeinflußt wird, sofern die Zusätze 30 Gew.-# bezogen auf das Produkt nich über¬ steigen.
Durch Zugabe von K20-haltigen Mineraldüngern kann das Produkt harmonisiert werden oder durch Zugabe von mikronährstoffhaltigen Mehr¬ nährstoffdüngern bzw. entsprechend konzentrierten Einzeldüngern und Spurenelementen auf die jeweils erforderlichen Werte für erfindungs¬ gemäß hergestellte Spezialdünger angehoben werden.
Um die mechanische Festigkeit der anorganischen/organischen Pro- duktmatrix zu erhöhen, ist es erfindungsgemäß möglich, den Anteil an Strukturbildnern durch Zusatz von Zuschlagstoffen aus festen Oxiden, Hydroxiden, Metasilikaten oder Carbonaten von Calcium oder Magnesium bis zu 30 Gew.-2, bezogen auf das Produkt, zu erhöhen. Dadurch werden sehr stabile Bodenstrukturverbesserer erhalten, die ihre Form im Boden sehr lange behalten und die Nährstoffe sehr langsam abgeben.
Für den Fall, daß das Ausgangsgemiseh einen zu hohen Wassergehalt besitzt, kann das erfindungsgemäß hergestellte Produkt oder sein ab¬ gesiebter Feinkornanteil in einer Menge von 0,1 bis 02 zurückgeführt und der Ausgangs-Mischung vor Agglomerierung direkt beigefügt werden. Dadurch kann auch ein zu feinkörniges Produkt einfach recycliert wer¬ den.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die vor¬ entwässerte Biomasse in einem einfachen, einstufigen Prozeß bei kurzer Verweilzeit gleichzeitig hygienisiert, agglomeriert und getrocknet wird und ohne weitere Nachbehandlung oder thermische Trocknung als wertvolles Düngemittel oder Bodenverbesserungsmittel verwendet werden kann, während bei den herkömmlichen Aufbereitungs- und Trocknungs¬ verfahren für eingedickte Biomassen oder Schlämme zusätzlich aufwen- dige Verfahrensschritte vor und nach der Formgebung erforderlich sind, um ein stabiles granuliertes Trockenprodukt zu erhalten.
Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildete Struktur¬ matrix auf Basis porösen Gesteinsmehls und schichtsilikatischen Binde- mittels ist pflanzenphysiologisch unbedenklich. Durch ihre poröse Struktur, in die die Nährstoffe und organischen Substanzen eingelagert sind, erfolgt die Nährstofffreigäbe und Zersetzung retardiert mit Depotwirkung.
Die anorganische Matrixstruktur ist im Boden lange haltbar und wirkt somit als Bodenstrukturverbesserer mit Ionenaustausch- und Wasserhaltevermögen, sowie langzeitiger Bindung mineralisierter Nähr¬ stoffe.
Die Rieselfähigkeit und Abriebsfestigkeit des nach dem erfindungs¬ gemäßen Verfahren hergestellten Produkts ermöglichen den Einsatz von Düngerstreuern und -dosierern für Mineraldünger, wie sie in der Land¬ wirtschaft üblich sind. Damit wird auch der ökologisch und pflanzen¬ physiologisch optimale Düngereinsatz möglich.
Algemein wurde festgestellt, daß sämtliche Kulturpflanzen besser wachsen, wenn deren Anbauflächen mit dem erfindungsgemäß erhältlichen Produkt bestreut werden. Dabei kann es sich um Getreidepflanzen, wie Weizen, Hafer, Gerste, Roggen und Mais, sowie auch um Hackfrüchte und um sonstige Feldfrüchte handeln. Auch der Ertrag im Weinbau, wie all¬ gemein im Gartenbau, läßt sich erheblich steigern. Entsprechendes gilt auch für die Forstwirtschaft. Im Ergebnis überführt das erfindungsgemäße Verfahren ein um¬ weltstörendes Produkt in Form eines Klärschlammes in ein wertvolles umweltfreundliches streufähiges Wirtschaftsgut. Der dadurch frei- werdende Deponieraum läßt sich anderweitig nutzen. Das erfindungs¬ gemäße Verfahren läßt sich einfach und wirtschaftlich führen, zumal mit Lavamehl und Smectiten, Gasbeton oder Holzmehl leicht verfügbare und billige Zusatzmaterialien zur Verfügung stehen.
Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beispiele und der beigefügten Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt ein Fliesschema eines bevorzugten durchgeführten anmeldungsgemässen Verfahrens und der angewandten Apparatur.
Holz, Kompost und/oder Hausmüll, ohne Metall, Glass, Kunststoffe und ähnliche Materialien, zermählt oder geschreddert bis zu einer Grosse von weniger als 20 mm, werden mittels Zufuhr la, vorzugsweise ein Förderband, zugeführt an Ruhrwerk 4 mit einer aeroben Belüftung 5. Weiterhin werden Klärschlamm (2,5-6 % TS) vom Behälter 2 mittels Zu¬ fuhr 2a und Pulpen, Melasse und/oder Schlempen aus Behälter 3 durch Zufuhr 3a am Ruhrwerk 4 zugeführt. Auch wird Wasser aus Wasserbehälter 6 mittels Zufuhr 6a zugeführt, bis auf 9 % TS in Ruhrwerk 4.
In Ruhrwerk 4 wird eine aerob-Stufe durchgeführt, vorteilhaft unter Belüftung und/oder Zusetzung von "Bio Water Clean" (BWC), ein kommerzielles biologisches Reinigungspräparat. Vom Ruhrwerk 4 wird das Material zum Dekanter zugeführt, mit Vorteil einen dreistufigen Dekanter, wobei eine flüssige Phase abgetrennt wird, die mittels Zu¬ fuhr 8a nach dem Wassersubstratbehälter 6 zurückgeführt wird.
Aus Dekanter 8 wird das Material mit ungefähr 50 % TS an Extruder 9 zugeführt, z.B. mittels einer Förderschnecke. Gleichzeitig werden durch Zufuhr 16 ein oder mehrere Materialien dem Extruder zugeführt, gewählt aus Lavemehl, Algenschrot, Torf, Kokos, Stärke, Stroh, Gräser C4, Chitin, Calcium-Nitrat, vorzugsweise ungefähr 5 % , Kalium-Carbo- nat-Salpeter, vorzugsweise ungefähr 2 % , Phosphat, vorzugsweise un¬ gefähr 15 % , Magnesium-Nitrat, vorzugsweise ungefähr 10 % , Monokalium- phosphat vorzugsweise ungefähr 15.2 % , Kalium, vorzugsweise ungefähr 8,8 % Mangansulphat vorzugsweise ungefähr 1 % , und/oder jede Kombina¬ tion davon.
Demnach wird das Material aus Dekanter 8 und die zugefügten Mate¬ rialien aus Zufuhr 16 bei einer Temperatur von 100-200*C, vorzugsweise 130-150*C, mehr bevorzugt ungefähr l4θ°C, vom Extruder 8 extrudiert auf eine an sich bekannter Weise wie obenerwähnt.
Daraus wird das Material durch Zufuhr 9a zugeführt an Schüttelsieb 10, wovon die abgetrennten Feststoffe durch Zufuhr 10 nach Extruder 9 zurückgeführt werden. Das Material wird durch Zufuhr 10a zur Pelletie¬ rung zugeführt an Pelletiervorrichtung 11, wo das Material pelletiert wird bei einer Temperatur von 100-200*0, vorzugsweise 130-150*0, mehr bevorzugt ungefähr l4θ*C.
Danach wird, durch Zufuhr 11a, eine Trockenstufe in Bandtrockener 12 durchgeführt, gefolgt von - durch Zufuhr 12a - eine Behandlung in Sprühturm 13, wobei gleichzeitig durch Zufuhr 13a Natriumsilikat und aufsneue BWC zugeführt werden.
Dies wird gefolgt von einer neuen Trockenstufe durch Zufuhr 13a in Bandtrockener 14, wonach das Material in Lagersilo 15 gelagert wird.
Weitere Aspekte dieses Systems sind dass Warmluft (Luft-Dampf- Aerosol) des Extruders 9, der Schüttelsieb 10, die Bandtrockener 12 und 14 und Sprühturm 13 an einem Kondenser mit einem Festbett von Lava-gestein zugeführt werden kann, durch nicht in der Figur angegebe¬ ne Leitungen. Das im Kondenser kondensierte Wasser kann dann erneut am Wasser- substratbehälter 6 zugeführt werden. Auch kann die Warmluft vom Kondenser 17 erneut beim Prozess eingesetzt werden, z.B. beim Schüt¬ telsieb 10 oder Bandtrockener 12 und 14, damit der Nutzeffekt der Energie des Systems weiter befördert wird. Die Flüssigphase vom Wassersubstratbehälter 6 kann weiter auch eingesetzt werden in der Herstellung von Flüssigdünner, und/oder der überschuss kann an einer an sich bekannten Klaranlage zugeführt wer¬ den.
Die beim obenstehenden Verfahren angewandte Apparatur, sowie wirk- same Variationen auf dem Fliesschema und dem obenstehenden Verfahren umfasst bei der Lehre der vorliegenden Erfindung werden dem Sach¬ verständigen klar sein und werden von der vorliegenden Anmeldung um¬ fasst.
Beispiel 1:
Organischer Überschußschlamm, der keine nachweisbaren toxischen Schwermetallgehalte gemäß gültiger KlärschlämmVerordnung besitzt und als eingedickter, kalkbehandelter Schlamm einen Wassergehalt von 65 G v. -% aufweist, wird mit 15 Gew.-Ji Kali, 15 Gew.-? Lavagesteinsmehl mit einer Körnung von 1,01 bis 1,2 mm und 5% Smectit hohen Quell¬ vermögens versetzt und vermischt sowie anschließend in die Trommel einer Hochdruck-Agglomerations-Apparatur überführt, die mit einer Lochmatrize mit Bohrkanälen von 4,5 mm Durchmesser ausgerüstet ist.
Die Lauffläche der Matrize beträgt 200 mm und die effektive Preß- Oberfläche 3700 cm2, woraus eine leistungsbezogene spezifische Pre߬ fläche von 20 cm2/kW resultiert.
Das Produkt wird mit einer Matrizen-Drehzahl von ca. 150 bis 200 U/min voragglomeriert und durch die Preßkanäle gepreßt, wobei, hervor¬ gerufen durch das Grobkorn-Material, erhebliche Reibungswärmen frei- gesetzt werden, die eine intensive Kurzzeit-Druck-Hygienisierung, die Verdampfung von Wasser und die Ausbildung einer mechanisch stabilen anorganisch-organischen Strukturmatrix bewirken.
Die durch eine Rakel auf gewünschte Länge abgescherten Pellets haben eine Restfeuchte an gebundenem Wasser von 40*. und eine Druck¬ festigkeit von mehr als 1000 kN/cm2.
Die Pellets sind fast geruchlos, graubraun gefärbt, rieselfähig und staubarm. Der Prozeß kann diskontinuierlich oder kontinuierlich betrieben werden.
Beispiel 2:
Die Herstellung des Klärschlammprodukts erfolgt nach dem Herstel- lungsverfahren wie im Beispiel 1 beschrieben.
Zu 30 Gew.-?! Klärschlamm mit ca. 30 Gew.-/. Trockensubstanz werden 10 Gew.-?! Kali, 10 Gew.-?! Lavagesteinsmehl, 30 Gew.-?! ausgereifter Kompost und 5 Gew.-?! Montmorillonit, 1 Gew.-?! DAY-Zeolith und 14 Gew.-?! feines Sägemehl zugemischt und anschließend der Hochdruck-Pel- letierung unterworfen.
Das gebundene Wasser der resultierenden Pellets beträgt ca. 30 Gew.-?!. Die Pellets sind geruchlos und mechanisch sehr stabil (ca. 1500 kN/cm2 Druckfestigkeit) und erfüllen die Anforderungen der aktuel¬ len Düngemittelverordnung. Auf diese Weise kann das Augangsgemisch aus 30 Gew.-?! Klärschlamm, 5 Gew.-?! Montmorillonit und 10-15 Gew.-?! Lavagesteinsmehl, zusätzlich mit vielfältigen Zusätzen, insbesondere düngenden Zusätzen, versehen werden. Dabei kommen sowohl natürliche als auch synthetische Dünge¬ mittel in Frage, insbesondere Stickstoff-, Phosphor- und Kalidünge- mittel zur Herstellung eines Volldüngers. Dadurch werden die bereits in dem Klärschlamm enthaltenden Kernnährstoffe ergänzt. Als zugegebene Düngemittel kommen dabei insbesondere in Frage: Ammoniumsulfat, Harn¬ stoff, Kalksalpeter, Kalkstickstoff, Kalkammoniak, Kalkammonsalpeter, Natronsalpeter, Mehrnährstoffdünger oder Mischdünger, wie Thomaskali usw. , und Volldünger, wie Nitrophoska. Durch die Verwendung leicht löslicher und daher rasch wirkender Düngemittel, wie z.B. Kalksalpeter und Natronsalpeter, wird eine Art Kopfdünger erhalten. Schwer lös¬ liche, langsamwirkende Handelsdünger, wie z.B. Kalkstickstoff, Super- phosphat und Thomasmehl führen zu einer Art Grunddünger.
Beispiel V.
Klärschlammkonzentrat mit 30 Gew.-?! Trockensubstanzgehalt wird mit 30 Gew.-?! Kompost, 20 Gew.-?! Gasbetonmehl, 10 Gew.-?! Lavagesteinsmehl, 3 Gew.-?! Montmorillonit und 7 Gew.-?! Holzmehl vermischt und nach Bei¬ spiel 1 verarbeitet. Zusätslich können geringe Mengen eines Fichten¬ nadel-Aromas (ca. 0,001 bis 0,01 Gew.-?!) nach Erhalten des Pellets zugesetzt werden. Die Granulate bilden einen Bodenstrukturverbesserer mit hoher mechanischer Festigkeit und langer Beständigkeit im Boden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aufbereitung und Verwertung von mikrobiologi¬ schen, tierischen oder pflanzlichen Biomassen, insbesondere Verfahren zur Aufbereitung und Verwertung von Klärschlämmen aus biologischen Wasserreinigungsanlagen sowie kalkbehandeltem Klärschlamm, enthaltend 5 bis 90 Gew.-?! Feststoff, dadurch gekennzeichnet, daß dur Aufberei¬ tung, zum Wasserentzug und zur gleichzeitigen Hygienisierung sowie insbesondere zur Verfestigung der Klärschlamm oder Bioschlamm mit wasserbindenden, quellfähigen und ionenaustauschenden Bindemitteln und festem, körnigem Mehl aus porösem Gestein und/oder Gasbetonmehl oder Holzmehl vermischt wird und diese Mischung einer mechanischen Hoch¬ druckagglomeration durch gezielte Einwirkung von Verdichtungskräften auf kleine Volumenelemente mit rascher nachfolgender Druckentspannung unterworfen wird, wobei das Gemisch durch die tribo echanische Energiefreisetzung in den Preßkanälen bis zur Hygienisierung des Pro¬ duktes erhitzt und das Produkt dadurch ohne zusätzliche Trocknung unter Bildung organisch-anorganischer Strukturmatrizen verfestigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wasseradsorbierende, ionenaustauschende Bindemittel aus vulkanischen Tuffen mit hohem Smectit-, speziell Montmorillonit-Anteil, und starkem Quellvermögen besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wasseradsorbierende, ionenaustauschende Bindemittel aus Tonmineralien mit hohem Vermiculit- oder Illit-Anteil mit glimmerartiger Drei¬ schichtstruktur besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß dat poröse Gesteunsmehl bzw. die sonstig tribomechanisch aktive Kompo- nente bzw. Gemische aus beiden als Verursacher einer inneren Reibung bei der Hochdruckagglomeration und damit der erhöhten Temperaturen sowie als Strukturbildner des Produktes aus Bimsmehl, Lavamehl, Perlite und anderen Gesteinen vulkanischen Ursprungs bzw. aus Glas¬ mehl, Ziegelmehl, Holzmehl oder Calciumhydrosilikat besteht.
5- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des zugemischten Gesteinsmehls bzw. Holzmehls im Bereich von 0,01 bis 0,8 mm als Einzelfraktionen oder im Korngrößengemisch vor¬ liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an tribomechanisch aktivem Gesteinsmehl oder anderen tribo¬ mechanisch aktiven Zusätzen zwischen 3 und 40 Gew.-?!, vorzugsweise aber zwischen 5 und 25 Gew.-?! liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung aus Klärschlamm, wasseradsorbierendem Bindemittel und festem Strukturπraterial vor der Hochdruckagglomeration weitere organi¬ sche und anorganische Zuschlagstoffe zur Formbildung, insbesondere Kompost und/oder Papiermehl, zugesetzt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Zuschlagstoffe aus festen Oxiden, Hydroxiden oder Carbo- naten von Calcium oder Magnesium bestehen.
9< Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung aus Klärschlamm, Bindemittel, Strukturmittel und Zuschlagstoffen vor der Formgebung weitere organische oder anorgani¬ sche Verbindungen als Bodenverbesserer oder Pflanzennährstoff zuge¬ setzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung der Mischung aus Klärschlamm, den Bindemitteln, Struk- turbildnem und Zuschlagstoffen mittels kurzzeitigen Durchpressens derselben mit hohem Druck unter Nutzung der tribomechanischen Effekte durch zylindrische Preßkanäle von an sich bekannten Pelletier¬ vorrichtungen mit anschließender schneller Druckentspannung erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen der Pelletiermatrizen zwischen 1 und 10 mm Durchmesser lie¬ gen, vorzugsweise jedoch zwischen 2 und 6 mm.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Pelletprodukte durch Aufbewahrung in isolierten Auffang¬ behältern sehr langsam abkühlen.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Vermischen, Hochdruckagglomerieren und Hygienisieren des Klärschlammes, des Bindemittels sowie der tribo¬ mechanisch aktiven und strukturbildenden Komponenten in einer einzi¬ gen, dafür ausgelegten Einrichtung erfolgt.
14. Düngemittel aus Klärschlamm oder kalkbehandeltem Klärschlamm, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1 bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß es als Bindemittel sowie wasseradsorbierende und ionenaustauschende Komponente vulkanische Tuffe mit hohem Smectit-, speziell Mont orillonit-Anteil und hohem Quellvermögen enthält.
15. Düngemittel aus Klärschlamm oder kalkbehandeltem Klärschlamm, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1 bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß es als Bindmittel sowie wasseradsorbierende und ionenaustauschende Komponente Tonmineralien mit hohem Vermiculit- oder Illit-Anteil mit glimmerartiger Dreischichtstruktur enthält.
16. Düngemittel aus Klärschlamm oder kalkbehandeltem Klärschlamm nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß es ein hoch- poröses Gesteinsmehl oder Gasbetonmehl, Ziegelmehl oder Holzmehl als Strukturstabilisator enthält.
17. Düngemittel aus Klärschlamm oder kalkbehandeltem Klärschlamm nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß es weitere orga¬ nische und anorganische Zuschlagstoffe zur Struktur- und Formbildung enthält.
18. Düngemittel aus Klärschlamm oder kalkbehandeltem Klärschlamm nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Zu¬ schlagstoffe aus festen Oxiden, Metasilikaten, Hydroxiden oder Carbo- naten von Calcium oder Magnesium bestehen.
19. Düngemittel aus Klärschlamm oder kalkbehandeltem Klärschlamm nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Zusatz von Aromastoffen und/oder Geruchsabsorbern enthält.
20. Düngemittel aus Klärschlamm oder kalkbehandeltem Klärschlamm nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der geruchsabsorbierende Zusatz ein feingemahlenes hydrophobes Zeolithpulver ist.
21. Düngemittel aus Klärschlamm oder kalkbehandeltem Klärschlamm nach Anspruch 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Freisetzung der zum Pflanzenwachstum notwendigen Nährkomponenten sehr langsam erfolgt.
22. Düngemittel aus Klärschlamm oder kalkbehandeltem Klärschlamm nach Anspruch 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Pellets von 2 bis 10 mm Durchmesser und 5 bis 30 mm Länge bestehen.
23. Bodenstrukturverbesserungsmittel, hergestellt gemäß den Ver¬ fahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Binde¬ mittel, Strukturbildner und anorganische Zuschlagstoffe die in den vorangegangenen Ansprüchen aufgezählten Stoffe enthält und zusätzlich 5 bis 20 Gew.-?! Gasbetonmehl oder Holz-Sägemehl enthält.
24. Bodenstrukturverbesserungsmittel, hergestellt gemäß den Ver¬ fahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangs- gemisch ein rUckgefUhrter Anteil von trockenem, körnigem Produkt in der Menge von 0,1 bis 50% zugeführt wird, um die Feuchtigkeit des Ausgangsgemisches herabzusetzen.
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