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Dokumentenidentifikation DE4009671A1 02.10.1991
Titel Verfahren zur Entsorgung von Klärschlamm und dergleichen schwermetallhaltigen Abfällen
Anmelder Dinda-Kickdown GmbH, 8230 Bad Reichenhall, DE
Erfinder Pospech, Dusan, Dipl.-Ing., 8228 Freilassing, DE
Vertreter Haft, U., Dipl.-Phys.; Czybulka, U., Dipl.-Phys., 8000 München; Berngruber, O., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8232 Bayerisch Gmain
DE-Anmeldedatum 26.03.1990
DE-Aktenzeichen 4009671
Offenlegungstag 02.10.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.1991
IPC-Hauptklasse C02F 11/06
IPC-Nebenklasse C22B 7/00   F23G 5/02   
Zusammenfassung Zur Entsorgung von Klärschlamm und dgl. schwermetallhaltigen Abfällen wird der Abfall im Gemisch mit gebranntem Kalk bei wenigstens 900°C verbrannt, um ein festes Verbrennungsprodukt zu erhalten, das als schwermetallhaltiger Erz-Ersatz eingesetzt werden kann.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entsorgung von Klärschlamm und dgl. schwermetallhaltigen Abfällen durch Verbrennung.

Klärschlamm enthält relativ große Mengen an Schwermetallen, und zwar auch der Klärschlamm von solchen Regionen, in denen es keine nennenswerte Industrie gibt. Das Aufbringen von Klärschlamm als Düngemittel ist durch die starke Anreicherung des Bodens mit Schwermetallen überaus problematisch. Darüberhinaus werden Wiesen und Felder bereits durch erhebliche Güllemengen belastet, die durch die moderne Massentierhaltung anfallen. Durch den hohen Schwermetallgehalt u. a. toxische Stoffe wird bereits fast die Hälfte des Klärschlamms in der Bundesrepublik als Sonderabfall klassifiziert. Demgemäß sind in jungster Zeit Anlagen errichtet worden, in denen Klärschlamm verbrannt wird. Dabei bildet sich etwa 2% Schlacke als Verbrennungsrückstand, die die Schwermetalle enthält und einen hochgiftigen Abfall darstellt, dessen Deponierung oder Entsorgung wiederum große Probleme bereitet.

Weiterhin ist vorgeschlagen worden, Klärschlamm zur Beheizung einer Bitumengut-Mischanlage zu verbrennen und den gebildeten schwermetallhaltigen Verbrennungsrückstand zusammen mit Zuschlagstoffen in Asphalt einzubauen. Da die Schwermetalle mit der Zeit aus dem Asphalt ausgewaschen werden, ist auch diese Art der Entsorgung wenig zielführend.

Aufgabe der Erfindung ist es, Klärschlamm und dgl. schwermetallhaltige Abfälle zu einem wiederverwendbaren, hochwertigen Produkt zu verbrennen.

Dies wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Klärschlamm im Gemisch mit gebranntem Kalk (CaO) verbrannt, und zwar vorzugsweise in einem Drehrohrofen. Dazu wird der gebrannte Kalk mit Klärschlamm vermischt und das Gemisch dem oberen Ende des Drehrohrofens zugeführt. Der Kärschlamm wird vor dem Vermischen mit dem gebrannten Kalk vorzugsweise entwässert. Der verbleibende Wassergehalt muß jedoch in jedem Falle für eine Hydratisierung des gebrannten Kalks beim Vermischen mit dem Klärschlamm ausreichen. Nach dem Vermischen des Klärschlamms mit dem Kalk kann ein weiterer Trocknungsschritt vorgesehen sein, bevor das Gemisch dem Drehrohrofen zugeführt wird. Auch ist es möglich, dem Klärschlamm ein Material zuzusetzen, aus dem im Drehrohrofen der gebrannte Kalk entsteht, also beispielsweise ungebrannter Kalk (CaCO3) oder gelöschter Kalk (Ca(OH)2).

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die im Klärschlamm enthaltenen Schwermetalle während der Verbrennung in Gegenwart des gebrannten Kalks praktisch quantitativ in Oxide übergeführt. Auf diese Weise entsteht als festes Verbrennungsprodukt ein Gemisch aus gebranntem Kalk und der Asche, also den Mineralstoffen, des Klärschlamms, in denen die Schwermetalle als Schwermetalloxide vorliegen. Die Schwermetalloxide sind dabei chemisch und/oder physikalisch mit dem gebrannten Kalk verbunden.

Im Klärschlamm liegen die Schwermetalle vor allem in Form von Salzen, wie Chloride und dgl. vor. Bei der normalen Verbrennung des Klärschlamms wie sie derzeit durchgeführt wird, also ohne den erfindungsgemäßen CaO-Zusatz, verdampfen diese Salze teilweise, und zum Teil sind sie im Verbrennungsrückstand enthalten. Aus diesem Grunde ist bei der Verbrennung von Klärschlamm mit den bekannten Verbrennungsanlagen das Verbrennungsabgas stark schwermetallbelastet und der Verbrennungsrückstand praktisch nicht wiederverwertbar, d. h. nur mit großem Aufwand zu entsorgen.

Demgegenüber werden erfindungsgemäß die Schwermetalle des Klärschlamms fast vollständig in Form von Oxiden im festen Verbrennungsprodukt gebunden, so daß das feste Verbrennungsprodukt hervorragend als Ersatz für naturliche Erze der darin enthaltenen Metalle eingesetzt werden kann.

Die Art der Schwermetalle und damit des Erzersatzes ist von der Art des Klärschlamms abhängig, also insbesondere davon, ob es sich um Industrie-Klärschlamm oder um den Klärschlamm kommunaler Kläranlagen handelt. Bei letzterem ist vor allem der Zink-, Kupfer-, Nickel- und Bleigehalt des festen Verbrennungsproduktes so hoch, daß der erfindungsgemäß erhaltene Verbrennungsrückstand als Erzersatz für diese Metalle verwendet werden kann.

Die Menge des gebrannten Kalks, der mit dem Abfall vermischt wird, beträgt, bezogen auf das Trockengewicht des Abfalls, 0,2 bis 2 Gew.-Teile, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Gew.-Teile pro Gew.-Teil Abfall.

Um die Schwermetalloxide im festen Verbrennungsprodukt anzureichern, wird erfindungsgemäß vorzugsweise das feste, im wesentlichen aus gebranntem Kalk bestehende Verbrennungsprodukt im Kreislauf mit neuem Klärschlamm bzw. Abfall vermischt und dieses Gemisch der Verbrennungsanlage zugeführt.

Dieser Zyklus wird so oft wiederholt, bis der Schwermetallgehalt des festen Verbrennungsprodukts mindestens etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise etwa 5 bis 10 Gew.-% beträgt. Bei Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen entspricht dies etwa 20 bis 200 Zyklen.

Bezogen auf das Trockengewicht, weist Klärschlamm einen Brennwert von etwa 12 MJ/kg auf. Demgemäß braucht höchstens etwa 10% Primärenergie hinzugefügt zu werden, um den Klärschlamm nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verbrennen. Als Primärenergie werden erfindungsgemäß Brennstoffe verwendet, die ohne nennenswerte Bildung von Asche verbrennen, also insbesondere Heiz- oder Schweröl. Denn durch Asche, wie sie beispielsweise bei der Verbrennung von Kohle entsteht, wird die Menge des festen Verbrennungsproduktes um den Ascheanteil erhöht, was insbesondere bei mehrmaliger Kreislaufführung des festen Verbrennungsprodukts das Recycling-Volumen nachteilig vergrößert.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient in erster Linie zur Entsorgung von Klärschlamm. Es kann jedoch auch zur Entsorgung anderer schwermetallhaltiger Abfälle, beispielsweise von Altöl, verwendet werden. Ferner kann es zur Verbrennung von Gülle eingesetzt werden. Gülle besitzt jedoch einen verhältnismäßig niedrigen Brennwert. Um die erforderliche Verbrennungsenergie, ohne übermäßig großen Zusatz an Primärenergie, zu erreichen, wird Gülle daher zusammen mit einem anderen Abfall mit einem höheren Brennwert verbrannt. Vor allem die gemeinsame Verbrennung von Gülle und Altöl ist von Interesse, denn einerseits enthält Altöl (im Gegensatz zur Gülle, die praktisch schwermetallfrei ist) besonders große Mengen an Schwermetallen und andererseits ist der Brennwert von Altöl sehr hoch.

Wenn Gülle mitverbrannt wird, entsteht beim Vermischen der Gülle mit dem gebrannten Kalk Wärme, wodurch der in der Gülle enthaltene Ammoniak verflüchtigt und damit gewonnen werden kann. Ammoniak stellt bekanntlich einen wertvollen Rohstoff dar.

Die Verbrennungstemperatur zur Verbrennung des Abfalls im Gemisch mit dem gebrannten Kalk beträgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wenigstens 900°C. Unterhalb dieser Temperatur kann sich nämlich der Kalk mit dem bei Verbrennung gebildeten Kohlendioxid (CO2) zu Calciumcarbonat (CaCO3) umsetzen. Vorzugsweise liegt die Temperatur jedoch erheblich höher. So wird bei der Verbrennung im Drehrohrofen in der Sinterzone, also in der unteren Hälfte des Drehrohrofens vorzugsweise eine Temperatur von 1200 bis 1500°C angewendet.

Die sehr hohe Temperatur im Drehrohrofen kann zur Verbrennung hochtoxischer Substanzen, wie Polychlordibenzodioxin (PCDD) und Polychlordibenzofuran (PCDF), die im Klärschlamm enthalten sein oder bei dessen Verbrennung entstehen können, angewendet werden.

Falls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach der Verbrennung noch Reste dieser hochtoxischen Substanzen im Verbrennungsabgas enthalten sind, werden sie zunächst in Filtern oder dgl. Abtrennanlagen abgeschieden und dann unmittelbar der Flamme, also der heißesten Zone des Drehrohrofens zugeführt, wobei die Verweilzeit von mehr als 3 sec. in dieser heißen Zone ausreicht, um sie vollständig in nicht toxische Zersetzungsprodukte überzuführen. In dem Filter bzw. der Abtrennanlage können auch Schwermetalle abgeschieden werden, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Verbrennung verdampfen und mit dem Verbrennungsabgas abgehen, nämlich Quecksilber und Cadmium. Als Abtrennanlagen für Quecksilber und Cadmium im Abgas kommen insbesondere Gewebefilter, Elektrofilter, Aktivkohlefilter und/oder Zyklone zur Anwendung, während zur Abtrennung von PCDD, PCDF und dgl. hochtoxischen Substanzen aus dem Verbrennungsabgas beispielsweise ein Aktivkohlefilter eingesetzt werden kann, der dann im Drehrohrofen, wie erwähnt, im Bereich der Flamme verbrannt wird.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Danach wird Klärschlamm aus einem Behälter 1 und gebrannter Kalk aus einem Behälter 2 einer Mischanlage 3 zugeführt. Das Gemisch wird ggfs. über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Zwischenbehälter über eine Transporteinrichtung 4 einem Kalkdrehrohrofen 5 zugeführt.

Der Drehrohrofen 5 ist an seinem unteren Ende mit einem Brenner 6 ausgerüstet, der eine Flamme 7 erzeugt. Ferner ist eine Einrichtung zur Zufuhr von anderweitigem Abfall zum Drehrohrofen 5 vorgesehen, die ein Doppelmantelrohr 8, 9 aufweist, das in das untere Ende, also den stationären Kalkofenkopf 10 des Drehrohrofens 5 mündet, an dem auch der Brenner 6 angeordnet ist. Im Innenrohr 8 ist eine Transportschnecke 11 gelagert, mit der der anderweitige Abfall in den Drehrohrofen 5 transportiert werden kann. Die Transportschnecke 11 wird von einem nicht dargestellten Antrieb angetrieben. Die Längsachse des Drehrohrofens 5 ist gegenüber der horizontalen um den Winkel Alpha geneigt angeordnet.

In dem durch die beiden Rohre 8, 9 gebildeten Mantel wird Luft oder Sauerstoff in den Drehrohrofen 5 geblasen. Auf diese Weise wird die Schnecke 11 gekühlt.

Das Gemisch aus CaO und Klärschlamm wird in dem Drehrohrofen verbrannt, wobei im Bereich der Sinterzone zwischen der gestrichelten Linie 12 und der Flamme 7 eine Temperatur von ca. 1200 bis 1500°C herrscht.

Das feste Verbrennungsprodukt tritt durch den Auslaß 13 am unteren Ende des Drehrohrofens 5 aus. Das feste Verbrennungsprodukt, das aus CaO sowie der Klärschlamm-Asche besteht, wird über die Transporteinrichtung 14 zu dem CaO-Behälter 2 im Kreislauf zurückgeführt, abgesehen von einem Teil, der der Menge der Asche entspricht, welcher entsprechend dem Pfeil 15 zwischengelagert und später als CaO eingesetzt wird, wenn der im Kreislauf geführte gebrannte Kalk den gewünschten Gehalt an Schwermetallen erreicht hat.

Die Verbrennungsabgase werden über eine Leitung 16 einem ersten Filter 17 und dann einem zweiten Filter 18 zugeführt. Im Filter 17 werden Quecksilber und Cadmium abgeschieden und im Filter 18 neben dem restlichen Quecksilber und Cadmium etwaige Reste hochtoxischer organischer Substanzen, wie PCDD und PCDF. Die Filter 17 und 18 werden, wenn sie erschöpft sind, über die Schnecke 11 der Flamme 7 im Drehrohrofen 5 zugeführt und dort verbrannt. Das gereinigte Verbrennungsgas, also CO2, H2O, N2 und O2, tritt über die Leitung 19 ins Freie.

Statt der oder zusätzlich zu der Mischanlage 3 kann eine weitere Mischanlage 20 vorgesehen werden, in der gebrannter Kalk, Gülle und Altöl aus den Behältern 21, 22 bzw. 23 vermischt wird. Das Gemisch der Anlage 20 wird über die Transporteinrichtung 24 dem oberen Ende des Drehrohrofens 5 zugeführt. Der sich in der Anlage 20 aus der Gülle bildende Ammoniak wird über eine Leitung 25 einem Behälter 26 zugeführt. Dem Behälter 21 kann CaO über eine Transporteinrichtung 27 vom Auslaß 13 des Ofens 5 zugeführt werden. Quecksilber und Cadmium werden im Behälter 28 gesammelt, der an den Filter 17 angeschlossen ist. Die Filter 17, 18 können entsprechend den Pfeilen 29, 30 der Schnecke 11 zum Verbrennen in der Flamme 7 zugeführt werden.

Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Ein Klärschlamm einer Gemeinde in Bayern ohne nennenswerte Industrie weist, bezogen auf das Trockengewicht, folgende Gehalte an anorganischen Bestandteilen auf:

P&sub2;O&sub5; 9,65 kg/m³ N 9,00 kg/m³ K&sub2;O 0,43 kg/m³ CaO 23,58 kg/m³ MgO 4,33 kg/m³


wobei der Klärschlamm, wiederum bezogen auf das Trockengewicht folgende Schwermetallgehalte besitzt:

Pb 159,0 mg/kg Cd 3,4 mg/kg Cr 46,0 mg/kg Cu 454,0 mg/kg Ni 24,0 mg/kg Hg 6,7 mg/kg Zn 2353,0 mg/kg


250 g Klärschlamm, der 25% Trockensubstanz mit der oben angegebenen Zusammensetzung und Wasser als Rest enthält, werden mit 100 g CaO vermischt. Das Gemisch wird in einem Labortiegel bei 900°C eine Stunde ausgebrannt. Es entstehen 105 g Verbrennungsprodukt, das folgende Metall-Gehalte aufweist:

Pb 95,23 mg/kg Cd 2,02 mg/kg Cr 27,30 mg/kg Cu 269,50 mg/kg Ni 14,25 mg/kg Hg < 1 mg/kg Zn 1397,10 mg/kg


100 g des Verbrennungsproduktes werden wiederum mit 250 g Klärschlamm der oben angegebenen Zusammensetzung vermischt und das Gemisch bei 900°C eine Stunde lang ausgebrannt. Das erhaltene feste Verbrennungsprodukt weist nunmehr folgende Metall-Gehalte auf:

Pb 177,22 mg/kg Cd 3,61 mg/kg Cr 25,08 mg/kg Cu 239,50 mg/kg Ni 12,68 mg/kg Hg < 1 mg/kg Zn 1287,20 mg/kg


Das vorstehend geschilderte Verfahren wurde in gleicher Weise (100 g festes Verbrennungsprodukt und 250 g Klärschlamm) 100mal wiederholt. Das feste Verbrennungsprodukt wurde analysiert und hatte nun folgende Gehalte an Schwermetallen:

Pb 3184,40 mg/kg Cd 46,75 mg/kg Cr 926,22 mg/kg Cu 9016,88 mg/kg Ni 476,80 mg/kg Hg < 1 mg/kg Zn 46 804,00 mg/kg

Beispiel 2

Einem Drehrohrofen werden ein Gemisch aus 800 t Calciumoxid und 2000 t Klärschlamm pro Tag zugeführt. Der Klärschlamm stammt von mehreren kommunalen Kläranlagen ohne nennenswerte Industrieabfälle. Die Menge des gebildeten festen Verbrennungsprodukts beträgt 816 t pro Tag. Das feste Verbrennungsprodukt enthält 1,52 t Schwermetalle.

800 t des festen Verbrennungsprodukts mit 1,49 t Schwermetallen werden im Kreislauf im Gemisch mit 2000 t Klärschlamm dem Drehrohrofen erneut zugeführt. Die restlichen 16 t des festen Verbrennungsprodukts werden zwischengelagert und enthalten 0,030 t Schwermetalle.

Nach dem zweiten Zyklus fallen wiederum 816 t feste Verbrennungsprodukte an, die 3,01 t Schwermetalle enthalten. Von diesen 816 t werden wiederum 800 t im Gemisch mit weiterem Klärschlamm verbrannt, während 16 t zwischengelagert werden. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis das feste Verbrennungsprodukt einen Schwermetallgehalt von ca. 5 bis 10 Gew.-% aufweist. Anschließend wird das zwischengelagerte Verbrennungsprodukt mit dem Klärschlamm vermischt und im Kreislauf geführt, bis ein Schwermetallgehalt von ca. 5 bis 10 Gew.-% erreicht worden ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Entsorgung von Klärschlamm und dgl. schwermetallhaltigen Abfällen durch Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfall im Gemisch mit gebranntem Kalk bei wenigstens 900°C verbrannt und das feste Verbrennungsprodukt als schwermetallhaltiger Erz-Ersatz eingesetzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, 0,2 bis 2 Gew.-Teile gebrannter Kalk mit einem Gew.-Teil Abfall, bezogen auf das Trockengewicht des Abfalls, vermischt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anreicherung der Schwermetalle im Erz-Ersatz das feste Verbrennungsprodukt als gebrannter Kalk erneut mit Abfall vermischt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Abfall ein Gemisch aus Gülle und Altöl und/oder Klärschlamm eingesetzt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbrennung ein Drehrohrofen verwendet wird, wobei das Gemisch aus Abfall und gebranntem Kalk dem oberen, von der Flamme abgewandten Ende des Drehrohrofens zugeführt und das feste Verbrennungsprodukt am unteren Ende des Drehrohrofens entnommen wird.






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