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Dokumentenidentifikation DE19612659C1 16.10.1997
Titel Verfahren und Vorrichtung zur energiearmen kontinuierlichen Klärung von schadstoffhaltigen Dünnschlämmen und Wässern mit hohem biologischem Sauerstoffbedarf
Anmelder Zinke, Bernhard, Dipl.-Ing., 03044 Cottbus, DE
Erfinder Zinke, Bernhard, Dipl.-Ing., 03044 Cottbus, DE
Vertreter Zeitler & Dickel Patentanwälte, 80539 München
DE-Anmeldedatum 29.03.1996
DE-Aktenzeichen 19612659
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.10.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.10.1997
IPC-Hauptklasse C02F 11/14
IPC-Nebenklasse B01D 21/28   C02F 3/12   C04B 18/30   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zur energiearmen kontinuierlichen Klärung von schadstoffhaltigen Dünnschlämmen und/oder Wässern mit hohem biologischem Sauerstoffbedarf wird derart vorgegangen, daß man das zu behandelnde Fluid mit einem Flugaschezement-Compound vermischt, worauf man das Reaktionsgemisch in Wasser und ein Flugaschezement-Erststabilisat zerlegt, das Erststabilisat zwischenlagert und das Ablagerungsprodukt durch weitere Portlandzementzugabe als Baustoffimmobilisat aktiviert. Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfaßt eine Saug- und Hebevorrichtung mit anschließender Meß- und Wägestrecke zur Zufuhr des zu behandelnden Fluids, einen mit einer Rühreinrichtung ausgerichteten Reaktor, eine an den Einlaß des Reaktors angeschlossene, mit einem Vorratsbehälter für das Flugaschezement-Compound in Verbindung stehende Beschickungseinrichtung mit anschließender Dosiereinrichtung sowie eine am Auslaß des Reaktors angeordnete Austragsvorrichtung. In einem Aktivierungsmischer wird der Portlandzementanteil für die Herstellung des Endstabilisates eingemischt. Verfahren und Vorrichtung führen zur Abtrennung biologisch freien klaren Wassers und zur Bildung eines wertvollen Endstabilisats mit Baustoffimmobilitätscharakter.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur energiearmen kontinuierlichen Klärung von schadstoffhaltigen Dünnschlämmen und Wässern mit hohem biologischem Sauerstoffbedarf bei gleichzeitiger Abgabe eines ablagerungs- bzw. verwertungswürdigen gering wasserhaltigen Stabilisates mit umweltverträglichem Baustoffcharakter.

Schadstoffhaltige Dünnschlämme und Wässer mit hohem biologischem Sauerstoffbedarf (BSB) enthalten in unterschiedlichem Maße organische und mineralische Feststoffe (Trockensubstanzgehalte zwischen 0,1-15%), die hinsichtlich der Aufbereitung durch biologischen Abbau, Trennung der Trockensubstanz vom Wasser und der anschließenden Wasseraufbereitung technologisch nur sehr aufwendig beherrschbar sind.

In vielen Fällen ist eine mechanische Trennung als Vorabklärung oftmals nur imstande, die Trennung dergestalt über mehrstufige Faul-, Absetz- und Fällprozesse vorzunehmen, daß eine trockensubstanzfreie Abtrennung von einleitfähigem bzw. nutzungsfähigem Wasser mit biologischen- bzw. chemisch-physikalischen Nachaufbereitungszwängen verbunden ist, wobei eine Feststoffanreicherung im "entwässerten Schlamm" durch extrem hohe Wasserbindung oftmals nur auf 3-8% durch diese Vorabklärung möglich ist.

Dieser vorabgeklärte Schwebeschlamm bedarf einer sehr energieaufwendigen Nachaufbereitung, um ablagerungs- oder energetisch nutzbare Dickschlämme zu erzeugen, die trotz mehrstufiger Wasserabtrennung, wie Eindickung, Faulung und Wasserabtrennung (Zentrifugen, Filterpressen, Trockner, Eindampfer usw.), immer noch Wassergehalte von 60%-80% aufweisen, wobei auch das hier abgetrennte Wasser einer Nachbehandlung vor Einleitung bzw. Nutzung bedarf.

Die weitere Aufbereitung der Dickschlämme durch z. B. Kalkkonditionierung bzw. die thermische Nutzung oder die Ablagerung auf Deponien oder auch die flächenhafte Austragung ist mit weiteren erheblichen Aufwendungen verbunden.

In der DE 44 29 346 A1 ist ein Verfahren zum Aufbereiten von Klärschlamm durch Mineralisierung und Hygienisierung zur Erzeugung eines bindigen erdstoffähnlichen Produkts bekannt. Der entwässerte Klärschlamm wird hierbei zerteilt und mit hochaktiven Flugaschen sowie einer Tonsuspension gemischt, worauf die Mischung nach Auftrag auf eine Altlast oder einen Müllkörper verdichtet wird. Das Mischprodukt ist nach der Verdichtung durch eine niedrige Wasserdurchlässigkeit charakterisiert. Diese Aufbereitung eines entwässerten Klärschlamms bzw. Dickschlammes als Abdeckmaterial für Deponien und Altlasten hat die o.g. Nachteile eines hohen Energieaufwandes und ist ebenfalls mit erheblichen Aufwendungen für die Ablagerung auf Deponien oder auch die flächenhafte Austragung verbunden.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Es liegt dementsprechend der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Verfügung zu stellen, wonach sich eine kontinuierliche Klärung von schadstoffhaltigen Dünnschlämmen und Wasser mit hohem biologischem Sauerstoffbedarf erreichen und gleichzeitig kontinuierlich eine Erzeugung von nutzungs- und ablagerungsfähigen Stabilisaten, die letztendlich als Baustoffimmobilisat fungieren können, erzielen läßt. Dabei sollen die oben dargestellten Nachteile behoben und die Kosten reduziert werden.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Verfahrensschritte, wobei hinsichtlich vorteilhafter und bevorzugter Ausgestaltungen dieses Verfahrens auf die Merkmale der zugeordneten Unteransprüche verwiesen wird. Die Vorrichtung zeichnet sich durch die im kennzeichnenden Teil des nebengeordneten Vorrichtungsanspruches aus, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung Gegenstand zugeordneter Unteransprüche sind.

Nach der Erfindung vermischt man das Dünnschlamm/Wasser-Fluid mit einem Flugaschezement-Compound (FAZ-Compound) in einer Größenordnung von 300-500%, bezogen auf den im Fluid enthaltenen Anteil an Trockensubstanz,

zerlegt man das Reaktionsgemisch in Wasser und ein FAZ-Erststabilisat mit einem Trockensubstanzgehalt von > als 40%,

zwischenlagert man das FAZ-Erststabilisat und

aktiviert das Ablagerungsprodukt durch weitere Portlandzementzugabe als Baustoffimmobilisat.

Durch diese Verfahrensschritte erhält man aus dem schadstoffhaltigen Fluid praktisch biologisch freies klares Wasser einerseits, während andererseits die Schadstoffe in einem wertvollen Baustoffimmobilisat gebunden sind.

Das FAZ-Compound weist neben dem Portlandzement einen Anteil an aktiver Flugasche zwischen 60-100% auf. Dabei besitzt die im FAZ-Compound enthaltene Flugasche eine Korngröße, wonach mehr als 90% Partikel weniger als 0,09 mm Durchmesser aufweisen, einen CaO-Gehalt > als 14% und eine spezifische Oberfläche von > 2500 cm²/g (nach Blaine). Weiterhin besitzt die Flugasche vorteilhaft einen geringen Anteil an wasserbindenden Tonerdematerialien (Al&sub2;O&sub3; < 13%) sowie einen hohen Anteil an absorptionsfähigen mineralischen bzw. Glasphasenhohlkugeln, die im Inneren mit CaO-reichen reaktiven Feinstpartikelchen (überwiegend Glasphasen) extrem hoher Feinheit gefüllt sind. Dank dieser Kritierien, zu denen insbesondere auch die hohe spezifische Oberfläche beiträgt, lassen sich die im Fluid enthaltenen Schadstoffe einbinden und immobilisieren. Das Compound besitzt einen pH-Wert von > 12.

Die Zwischenlagerungsdauer des FAZ-Erststabilisats beträgt vorzugsweise 1 bis 4 Tage, wobei man während der Zwischenlagerung eine Trockensubstanzerhöhung von mindestens 5%, jedoch möglichst größer als 10%, ausführt. Die Portlandzementzugabe zum Ablagerungsprodukt macht bevorzugt 50-100%, bezogen auf den im Ausgangsfluid enthaltenen Anteil an Trockensubstanz, aus. Es läßt sich hierdurch ein aktives Baustoffimmobilisat erzielen mit einem hohen Baustoffstandard hinsichtlich Festigkeit und Dichtigkeit. Alle Vorgänge werden weitestgehend kontinuierlich vollzogen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich aus durch eine Saug- und Hebeeinrichtung mit anschließender Meß- und Wägestrecke zur Zufuhr des zu behandelnden Fluids, einen mit einer Rühreinrichtung ausgerüsteten Reaktor, eine an den Einlaß des Reaktors angeschlossene, mit einem Vorratsbehälter für das FAZ-Compound in Verbindung stehende Beschickungseinrichtung mit anschliessender Dosiereinrichtung sowie eine am Auslaß des Reaktors angeordnete Austragvorrichtung. Der Durchlaufreaktor wird kontinuierlich und qualitäts- sowie quantitätsüberwacht derart betrieben, daß das Dünnschlamm/Wasser-Fluid und die der Fluidmenge und -qualität angepaßte Flugasche-Zement-Compoundmenge und -sorte dem Reaktor kontinuierlich zugeführt werden, wobei der Reaktor eine Größe aufweist, welche eine Reaktorerstbefüllung (ohne Ausschleusung) in einem Zeitraum von 5 - 30 Minuten ermöglicht. In den Reaktor sind geeignete Einbauten, wie etwa eine Rühreinrichtung, eingesetzt, die eine Sedimentation bzw. eine Entmischung des Reaktorinhaltes verhindern.

Nach Füllung des Reaktors auf eine definierte Füllhöhe erfolgt eine kontinuierliche Ausschleusung des Reaktorinhalts, die unter Beachtung der Einschleusungsmenge einen konstanten Reaktorfüllstand garantiert. Das ausgeschleuste Reaktionsgemisch wird durch geeignete Fest-Flüssigtrennaggregate kontinuierlich bei geringem Energieeinsatz in klares Wasser (für Kreislauffahrweise bzw. für Einleitung) und in ein FAZ-Erststabilisat mit > 40% Trockensubstanz zerlegt. Das Stabilisat wird kontinuierlich nach Abtrennung zwischengelagert, ohne daß eine deutliche Geruchsbelästigung vorliegt. Die Nutzung/Ablagerung der FAZ-Endstabilisate mit Baustoffimmobilisatcharakter kann quasi kontinuierlich erfolgen.

Dieser Prozeß über Durchlaufreaktorbetrieb und Fest-Flüssigtrennung kann entweder im Rahmen eines kontinuierlichen Klärprozesses stationär als Bypaßanlage wie auch als Hauptanlage oder im Rahmen der Entsorgung zwischengelagerten Dünnschlamm/Wasser-Fluids mobil erfolgen, wobei über Saug- und Hebeeinrichtungen die Zuführung von Dünnschlamm/Wasser kontinuierlich aus dem Klärprozeß heraus oder als kontinuierliche Entnahme aus einer Ablagerung/Zwischenlagerung erfolgt. Die angepaßte FAZ-Compound-Zudosierung wird aus Silos mit geeignetem Auslauf und Fördersystem, wobei es sich in der Regel um eine Transportstrecke handelt, ausgeführt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden:

In einem Klärwerk mit ca. 300.000 Einwohnergleichwert fallen pro Stunde nach mechanischer Vorabklärung ca. 13 t Primärschlamm an, der nach Aufbereitung kommunaler- und industrieller Abwässer einen Trockensubstanzgehalt von 3% aufweist, zusammengesetzt aus 50% mineralischen und 50% organischen Anteilen.

Dieser Klärschlamm wird über eine Saug- und Hebevorrichtung 10 kontinuierlich (13 t/h) entnommen, wobei diese Menge und o.g. Klärschlammqualitäts-Paramter kontinuierlich über die Meß- und Wägestrecke 11 erfaßt wird, die wiederum die Dosiereinrichtung 12 des FAZ-Silos 13 dergestalt ansteuert, daß neben den 13 t/h Klärschlamm noch 780 kg/h geeignetes FAZ-Compound kontinuierlich einem 4 m³ FAZ-Reaktor 14 mit ständig betriebenem entmischungs-verhinderndem Auftriebsrührwerk 15 zugeführt werden.

Nachdem bei kontinuierlichem Einschleusungs- und Rührbetrieb der Reaktor nach 18 Minuten seine 4 m³-Normfüllung erreicht hat, schaltet sich die Austragsvorrichtung 16 ein, die kontinuierlich bei konstantem Reaktorfüllstand von 4 m³ den FAZ-Klärschlamm ausschleust und einem Vakuumband 17 zuführt, welches wiederum den ca. 13,3 m³/h kontinuierlich ausgeschleusten FAZ-Klärschlamm kontinuierlich trennt, in 11,83 m³/h biologisch freies klares Wasser für den Kreislaufprozeß 18 und in 2,34 t/h FAZ-Erststabilisat, welches der Mulde 19 zugeführt wird.

Dieses 50% Wasser aufweisende Erststabilisat mit einem stündlichen Anfall von 2,34 t wird ohne Geruchsbelästigung bis zu einem Zwischenstapelungsanfall von 89,24 t drei Tage zwischengelagert, wobei nach FAZ-Compound-bedingtem Austrocknen des Erststabilisates nach Ablagerung der Trockensubstanzanteil sich von 50% auf 60% erhöht und somit für die weitere Behandlung vor Abtransport noch eine Masse von 70,2 t nach 3 Tagen übrig bleibt.

Die nach jeweils 3 Tagen kontinuierlichen Betriebes anfallenden und abgelagerten 70,2 t FAZ-Erststabilisat werden einem Aktivierungsmischer 20 zugeführt, der 5 t Portlandzement den 70,2 t FAZ-Erststabilisat untermischt, wodurch nach 3 Tagen Betriebszeit 75,2 t hochwertig als Baustoffimmobilisat zu nutzendes FAZ-Endstabilisat für walzfähige Baustoffverarbeitung im erdfeuchten Zustand (Trockensubstanzgehalt des Endstabilisates = 63%) in der Mulde 21 anfällt, welches z. B. für ca 44 m³ Dichtschichten (fugenfrei- Monolith) nutzbar ist, die nach Austrocknung unter Beachtung des für die Hydratation erforderlichen chemisch gebundenen Wassers ein Baustoffimmobilisat mit ca. 90% Trockensubstanzgehalt darstellt, in dem der Klärschlamm in hygienisierter Form sicher und dauerhaft eingebunden ist.

Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich angegeben werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung lediglich um eine solche beispielhaften Charakters handelt und daß verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur energiearmen kontinuierlichen Klärung von schadstoffhaltigen Dünnschlämmen und/oder Wässern mit hohem biologischem Sauerstoffbedarf (BSB), dadurch gekennzeichnet, daß man

    das Dünnschlamm/Wasser-Fluid mit einem Flugaschezement-Compound in einer Größenordnung von 300-500%, bezogen auf den im Fluid enthaltenen Anteil an Trockensubstanz, vermischt,

    das Reaktionsgemisch in Wasser und ein FAZ-Erststabilisat mit einem Trockensubstanzgehalt von > 40% zerlegt,

    das FAZ-Erststabilisat zwischenlagert und

    das Ablagerungsprodukt durch weitere Portlandzementzugabe als Baustoffimmobilisat aktiviert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flugaschezement-Compound neben Portlandzement einen Anteil an aktiver Flugasche zwischen 60 und 100% aufweist.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Flugaschezement-Compound enthaltene Flugasche

    eine Korngröße von mehr als 90% Partikel > 0,09 mm Durchmesser,

    einen CaO-Gehalt > 14% und

    eine spezifische Oberfläche von > 2500 cm²/g (nach Blaine) aufweist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugasche einen geringen Anteil an wasserbindenden Tonerdemineralen und einen hohen Anteil an absorptionsfähigen mineralischen bzw. Glasphasenhohlkugeln, die im Inneren mit CaO-reichen reaktiven Feinstpartikelchen extrem hoher Reinheit gefüllt sind, enthält.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagerungsdauer des Flugaschezement-Erststabilisats 1-4 Tage beträgt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Zwischenlagerung eine Trockenzubstanzerhöhung von mindestens 5% ausführt.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Portlandzementzugabe zum Ablagerungsprodukt 50-100%, bezogen auf den im Ausgangsfluid enthaltenen Anteil an Trockensubstanz, ausmacht.
  8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7, gekennzeichnet durch

    eine Saug- und Hebevorrichtung (10) mit anschließender Meß- und Wägestrecke (11) zur Zufuhr des zu behandelnden Fluids,

    einen mit einer Rühreinrichtung (15) ausgerüsteten Reaktorbehälter (14),

    eine an den Einlaß des Reaktors (14) angeschlossene, mit einem Vorratsbehälter (13) für das Flugaschezement-Compound in Verbindung stehende Beschickungs- und Dosiereinrichtung (12) sowie

    eine am Auslaß des Reaktors (14) angeordnete Austragsvorrichtung (16).
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (14) eine Größe aufweist, welche einer Reaktorbefüllung (ohne Ausschleusung) in einem Zeitraum von 5-30 Minuten ermöglicht.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Austragsvorrichtung (16) Fest-Flüssig-Trennaggregate anschließen.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aktivierungsmischer (20) zum Eintrag des Portlandzementanteils für das Endstabilisat vorgesehen ist.






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