DE1517690A1

DE1517690A1 - Verfahren zum Filtrieren von Abwasserschlaemmen und/oder Zentrifugenueberlaeufen

Info

Publication number: DE1517690A1
Application number: DE19631517690
Authority: DE
Inventors: Baumann Dr Gotthold; Thomas Dr Guenther
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1963-09-24
Filing date: 1963-09-24
Publication date: 1969-07-31
Also published as: US3342731A

Description

METALLGESEILSCHAFT Frankfurt/Main, den 20.9.1968

Aktiengesellschaft -DrEu/HSz-

Neue Unterlagen

Verfahren zum Filtrieren von Abwasserschlämmen und/oder

Zentrifugenüberläufen

Der bei der Aufbereitung kommunaler Abwässer anfallende Schlamm wird auf vielen Anlagen in besonderen Einrichtungen ausgefault. Dabei werden die im Frischschlamm enthaltenen organischen Stoffe durch bakteriellen Abbau teils in Methan überführt, teils durch eine Art Mineralisierung verändert. Durch die Konstruktion der Faultürme erfolgt eine weitere Sedimentation, so daß der Faulschlamm gegenüber Frischschlamm einen höheren Feststoffgehalt besitzt. Die Umwandlung des Frischschlammes zu Faulschlamm bringt neben dem Vorteil des höheren Feststoffgehaltes zugleich eine Verringerung der sonst auftretenden Geruchsbelästigung. Bisher wurde der Faulschlamm auf Trockenbeeten bis zur Stichfestigkeit entwässert und als Düngemittel verwendet. Durch das rasche Wachsen der Großstädte und Industrien ist die Entwässerung auf Trockenfeldern wegen der hohen anfallenden Schlammengen oft nicht mehr anwendbar, weil der Platzbedarf zu groß und die Absatzmöglichkeiten für den Schlamm als Düngemittel begrenzt sind. Anstelle der Entwässerung auf Trockenbeeten werden deshalb heute raumsparende Verfahren, wie Filtrieren, Zentrifugieren, Sieben, Trocknen in beheizten Einrichtungen und \6rbrennen fortschreitend bevorzugt. Diese Verfahren sind auch auf Frischschlämme anwendbar, vor allem dann, wenn eine Verbrennung des Schlammes durchgeführt wird.

Es ist bekannt, Schlämme aus der Aufbereitung von Abwässern durch Filtrieren oder Zentrifugieren oder durch eine Kombination beider Maßnahmen zu entwässern. Dabei können Zentrifuge und Filter in der Weise hintereinander geschaltet werden, daß der Zentrifugenüberlauf auf das Filter gegeben wird. Der entwässerte Schlamm wird verbrannt. In diesem bekannten Verfahren wird an verschiedenen Stellen im Verlaufe der Abwasseraufbereitung und der Schlamment-

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Neue Unterlagen (Art. 7 § I Ab₈.2 Nr. t Satz 3 des Änderung*·* v. 4.9-1«- .

Wässerung Diatomeenerde zugeführt, so bei der mechanischen und biologischen Klärung, beim Eindicken des Schlammes, vor dem Filtrieren des Schlammes, vor dem Zentrifugieren des Schlammes und vor dem Filtrieren des Zentrifugenüberlaufs. An einzelnen dieser Stellen kann die Diatomeenerde durch Asche aus der Verbrennung der Zentrifugen- und Filterrückstände ersetzt werden.

Es ist auch bekannt, die Entwässerbarkeit von Abwasserschlämmen durch Zugabe von Flockungsmitteln, insbesondere Salzen des Eisens, Aluminiums oder von Kalk günstig zu beeinflussen. Der hohe Chemikalienbedarf und der Einfluß dieser Chemikalien auf die Beschaffenheit des Schlammes haben sich als nachteilig erwiesen.

In einer Weiterentwicklung dieser Verfahren ist vorgeschlagen worden, dem zu filtrierenden Schlamm, Faulschlamm oder Frischschlamm oder dem beim Zentrifugieren solcher Schlämme anfallenden Zentrifugenüberlauf als Filterhilfsmittel Asche aus der Verbrennung zuzufügen, so daß zur Schlammentwässerung keine fremden zusätzlichen Chemikalien nötig sind. Verbrannt werden dabei je nach den gegebenen örtlichen Verhältnissen der Filterkuchen oder der Zentrifugenaustrag oder beide zusammen. Der Vorteil dieser Arbeitsweise gegenüber den bekannten Verfahren liegt in einem Kostenminimum für die Kombination Filter - Zentrifuge und im Ausschluß zusätzlicher Chemikalien. Die zeitweilig erforderliche hohe Aschenzugabe in Mengen von 4 bis 8 g Asche/g Feststoff verursacht bei der Verbrennung einen hohen Wärmebedarf, weil die vor der Filtration zugegebene Asche im Filterkuchen eine Wassermenge bindet, die bei der Verbrennung wieder verdampft werden muß. Dieses kombinierte Verfahren ist erst für Schlammengen über 50 t je Tag, wie sie z. B. in vollkanalisierten Siedlungsgebieten, etwa einer Stadt mit 100 000 Einwohnern, anfallen, wirtschaftlich ausführbar. Für geringere Schlammengen werden die Investitionskosten zu hoch. Auf kleineren Kläranlagen werden deshalb der Faulschlamm oder der Frischschlamm direkt der Aschebehandlung unterworden und danach filtriert.

Bei der Verarbeitung der Endlaugen der Kaliindustrie war es bekannt, die Endlaugen mit gebranntem Kalk zu mischen und die er-

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starrte feste Maase für sich allein oder in Verbindung mit anderen Stoffen zum Bergeversatz zu verwenden. Bei diesem Verfahren war es störend, daß der Kalk beim Eintragen in die Endlaugen zu Klumpen zusammenballte. Die Klumpenbildung kann nach dem Verfahren der deutschen Patentschrift 192 429 vermieden werden, wenn der Kalk mit chemisch unwirksamen Mitteln gemischt und dann in die Endlaugen eiagetragen wird. Als chemisch unwirksames Mittel ist dabei z. B. Braunkohlenasohe genannt worden. Dieses Verfahren gibt keinerlei Hinweise, wie Abwasserschlämme oder Zentrifugenüberläufe, die bei der Entwässerung von Abwasserschlämmen anfallen, vorteilhaft zu filtrieren sind.

Es wurde nun gefunden, dafl beim Filtrieren von Abwasserschlämmen und/oder der Zentrifugenüberläufe, die beim Entwässern solcher Sohlamme anfallen, der erforderliche Aschenzusatz wesentlich vermindert werden kann, wenn man neben der Asche noch Kalk zugibt. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Filtrieren von Abwasserschlämmen und/oder der Zentrifugenüberläufe, die beim Entwässern solcher Schlamme anfallen unter Verwendung von Asche als Filterhilfsmittel. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Schlamm und/oder dem Zentrifugenüberlauf vor der Filtration zusätzlich zur Asche noch Kalk zugesetzt wird. Zweokmäßigerweise wird durch Verwendung der Asche des verbrannten Filterkuchens ein Teil des Kalks im Kreislauf geführt und noohmals verwendet.

Geringe Kalkmengen können bei gleichbleibener Filtrierbarkeit wesentliche Aschemengen, 50 bis 75 "h des Bedarfs an Asche allein ersetzen. Durch Zugabe von gleich geringen Mengen Kalk allein sind diese hohen Filtrierbarkeiten nicht zu erreichen. Während für die Schlammfiltration unter Verwendung von Asche allein bei Zentrifugat je Gramm Peststoff im Schlamm 4 bis 8 g Asche erforderlich sind, genügen bei gleichzeitiger Zugabe von weniger als 1 g Kalk schon 1 bis 4 g Asche, um zur gleichen Filtrationsleistung zu gelangen. Die Asche erfüllt als Filterhilfsmittel zwei Funktionen: Sie bildet ein Stützgerüst für die formlose Schlammsubstanz und bewirkt durch ihren Gehalt an reaktionsfähigem Kalk die für eine l/achflockung des Schlammes nötige Äkalität. Zur Bildung eines otützgerüstes sind im allgemeinen 20 bis 50 i» des Gewichtes der Schlammtrockensubstanz ausreichend.' 09831/124 2 ORIGINAL

Die gemeinsame Anwendung von Asche und Kalk vermindert gegenüber der Verwendung von Asche oder Kalk allein die vom filterkuchen festgehaltene Wassermenge und ergibt ein deutliches Minimum der Betriebskosten, das so günstig liegt, daß die Schlammfiltration auch auf kleinen Kläranlagen wirtschaftlich ausführbar wird. Von der Filtration aussschließlich mit Asche unterscheidet eich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß vor der Filtration eine sohlammverändernde Flookungsreaktion im alkalischen Bereich mit Kalk durchgeführt wird, die in ihrem Ablauf durch feinverteilte Asche unterstützt wird. Die Asche bewirkt sowohl eine Verbesserung dieser Reaktion als auch die Ausbildung eines Stützgerüstes.

Die erfindungsgemäße Verwendung von Kalk und Asche zur Verbesserung der Filtrierbarkeit eignet sich zur Entwässerung von Frischsohlämmen und Faulschlammen. Die Asche kann im eigenen Betrieb durch Verbrennung der festen Rückstände von Zentrifuge und/oder Filter gewonnen oder aus anderen Betrieben übernommen werden, z. B₁ als Flugasche aus Großkesselanlagen.

Die mit Asche und Kalk insgesamt zuzuführende aktive Kalkmenge liegt etwa bei 8 bis i5 kg je m Schlamm mit durchschnittlich 10 $ Trockensubstanz. Als aktive Kalkmenge ist der lösliche Kalkanteil zu verstehen, der im Schlamm eine ähnliche alkalische Reaktion auslöst, wie Branntkalk oder gelöschter Kalk.

Wenn beim Verbrennen des mit Asche und Kalk behandelten Materials ein Teil des Kalks aktiv bleibt oder wieder aktiv wird, kann bei Kreislaufführung der Asche dieser Anteil auf den zuzufügenden Teil angerechnet werden, so daß der Kalkverbrauch im Dauerbetrieb geringer wird als beim Anfahren der Anlage.

Asche aus der Verbrennung der Schlämme aus häuslichen Abwässern ist kalkarm. Ihr Kalkgehalt beträgt nur etwa 2 bis 10 9^. Zur Filtration solcher Schlämme unter alleiniger Anwendung von Asche müssen große Aschemengen angesammelt werden, bis die erforderlichen Reaktionen eintreten.

Insbesondere in Schlämmen aus gemischten häuslichen und industriellen Abwässern kann ein erheblicher Anteil des mit der Asche oder als Substanz zugefügten Kalke nach der Mischung mit dem Schlamm oder bei der Verbrennung des Rückstandes von Filter oder Zentrifuge

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mit Schlairnninhaltsstoffen unlösliche Kaliumverbindungen , wie Kalziumsulfat, -silikat, -karbonat bilden. Bei Kreislaufführung der Asche nimmt mit jedem Durchgang durch den Verbrennungsofen der aktive Kalkgehalt ab. Die Asche behält im wesentlichen nur ihre StützgerUstwirkung. Daraus resultiert in beiden Fällen ein hoher Aschebedarf für eine brauchbare Filterleistung, der besonders bei an sich kalkarmen Aschen an die Grenzen der Wirtschaftlichkeit gehen kann. ,

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt, die Filtration mit Aschezusatz auch dann anwendbar zu machen, wenn die Asche infolge von Reaktionen mit Sohlamminhaltsstoffen oder von mangelndem Kalkgehalt im Schlamm nicht genug aktiven Kalk zur Verbesserung der

ο Filterleistung enthält. Durch Veränderung der Mengen und bzw. Verhältnisses von Asche und Kalk wird die Filterleistung in weiten Grenzen unabhängig von Veränderungen in der Sohlammzusammensetzung gehalten. Durch Erhöhung des Ascheanteils kann die für die Konsistenz des Filterkuchens wichtige Stützgerüstbildung verbessert werden, während durch die erhöhte Kalkzugabe der für die Filtrierbarkeit wichtige Flοckungszustand des Schlammes günstig beeinflußt wird. Der zugesetzte Kalk findet sich größtenteils in der Asche wieder. TJm seine Aktivität sowieit als möglich wieder herzustellen oder zu erhalten, genügen oft Verbrennungstemperaturen um 750° C. Wenn jedoch, was besonders bei Schlämmen aus kommunalen Abwässern der Fall ist, die Asche reich an Kalziumkarbonat ist, sind zur Reaktivierung dieses Kalkanteils Verbrennungstemperaturen über 850° C erforderlich. Das kann einen hohen Heizölzusatz erfordern und die Wirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens wesentlich verschlechtern. Hier ist es meist vorteilhafter, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dem Schlamm zusätzlich zur Asche Kalk zuzusetzen und sich mit Verbrennungstemperaturen um 750° C zu begnügen.

Es ist durchaus möglich, das erfindungsgemäße Verfahren ohne nachfolgende Verbrennung des entwässerten Schlammes auszuführen und mit Asche aus einem fremden Betrieb, z. B. mit Flugasche aus Großfeuerungen zu betreiben. Voraussetzung dafür ist, daß die Asche in erreichbarer Nahe liegt und Lager- oder Verwendungsmöglichkeiten für den Schlamm vorhanden sind, Da diese speziellen Voraussetzungen nicht oft zusammentreffen, wird bei der bevorzugten Ausfuhrungsform

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des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Filtration von Schlämmen oder Überläufen der Schlammζentrifugierung als Filterhilfsmittel die Asche verwendet, die bei der Verbrennung des Filterkuchens entsteht. Dabei ergibt sich noch der besondere Vorteil, daß der zugefügte Kalk durch die Rückführung der Asche dem Verfahren zum Teil wiederholt nutzbar gemacht werden kann.

Einen besonderen Vorteil bietet das erfindungsgemäße Verfahren bei der Entwässerung von Schlämmen durch Zentrifugieren und Filtrieren des Zentrifugenüberlaufs. Beim Zentrifugieren von Faulschlamm und von Frischschlamm fällt der Zentrifugenaustrag mit genügend hohem Feststoffgehalt und hinreichend geringem Wassergehalt an, um ihn ohne Zusatzbrennstoff verbrennen zu können. Der Ascheanfall ist dabeirelativ klein und reicht bei alleiniger Verwendung als Filterhilfsmittel für die Filtration des Zentrifugenüberlaufes nicht aus.

Wird dem Zentrifugenüberlauf außer dieser Asche jedoch in der erfindungsgemäßen Weise Kalk zugesetzt, dann ist die Aschenmenge in der Regel ausreichend für eine gute Filtrierbarkeit auf dem Drehfilter oder auf der Filterpresse. Der Filterkuchen kann auf Halde gestürzt oder zur Bodenmelioration verwendet werden, wobei auch die Asche abgestoßen wird. Hilfsweise kann ein Teil des Filterkuchens mitverbrannt werden, wenn die Verbrennung des Zentrifugenaustrages allein nicht genügend Asche hergibt. Da die Schlammverbrennung ohne Aufwendung fremder Brennstoffe verläuft, liefert sie einen echten Wärmeüberschuß. Dieser wird vorteilhaft zur Erwärmung des zu filtrierenden Zentrifugenüberlaufs verwendet. Damit wird eine zusätzliche Verbesserung der Filterleistung erreicht. Wird die Schlammverbrennung in einem Wirbelschichtofen ausgeführt, dann wird die Asche fast vollständig mit dem Rauchgasstrom ausgetragen. Durch Waschen des Rauchgases mit dem zu filtrierenden Zentrifugenüberlauf wird dieser erwärmt und mit der Asche gemischt, während das Rauchgas aschefrei abzieht. Die erzielbare Erwärmung reicht im allgemeinen aus, um bei der Entwässerung von Frischschlamm eine Sterilisation des Zentrifugenüberlaufes herbeizuführen.

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Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf Paulaohlanim, Frischechiamm, biologiechen. Schlamm und auf Mi8ohschiamme anwendbar. Für die Ausführung des Verfahrens sind die bekannten teohnisohen Filter zur Vakuum- oder Druckfiltration geeignet, z. B. Trommelfilter, FiIterpressen und dergleichen. Die Filtration kann eich auf den insgesamt anfallenden Schlamm oder auf den Zentrifugenüberlauf einer voraufgehenden Schlammsentrifugierung erstrecken.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung mögen die folgenden Beispiele dienen:

Beispiel 1

Ein Paulschlamm wurde nach Zugabe von Kalk und Asche aus der Faulsohlaamverbrennung filtriert, wobei das Mengenverhältnis von Kalk und Asche verändert wurde. Die Gewichtsangaben beziehen sich auf jeweils 1 g Trockensubstanz im Faulschlamm. Die Filterleistung ist in Litern je in² Filterfläche und Stunde angegeben.

Zusatz Filterleistung

4 g Asohe und ₀

0,4 g Kalk 1 170 l/m .h

2 g Asche und ₀

0,8 g Kalk 1 170 l/m.h

Beispiel 2

Ein Paulschlamm wird jeweils nach Zugabe von Asche oder von Kalk und schließlich nach Zugabe von Asohe und Kalk filtriert. Die Gewichtsangaben beziehen sich wieder auf 1 g Trockensubstanz im Paulschlamm. Die Filterleistung ist wie in Beispiel 1 definiert.

Zusatz Filterleistung

8 g Asohe 686 l/m .h

1,6 g Kalk 34-8- l/m².h

4 g Asohe und _P

0,4 g Kalk 795 l/m .h

Beispiel 3

Aus einem Faulschlamm mit einem Feststoffgehalt von 100 kg je m werden 60 #= 60 kg je m⁵ dieser Feststoffe als Filteraustrag mit 55 i* Wassergehalt abgeschieden. Der Aschegehalt der Trockensubstanz des Zentrifugenaustrages beträgt 60 £. 1 m⁵ Faulschlamm ergibt demgemäß 36 kg Asche. Dieser Zentrifugenaustrag wird in einem Wirbelschichtofen selbstgängig ohne Zusatz fremder Brennstoffe ver-

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brannt. Der bei der Zentrifugation anfallende Zentrifugenüberlauf wird zum Waschen der Abgase aus der Verbrennungseinrichtung verwendet, wodurch die Asche in das Zentrifugat gelangt. Da die Rauchgase viel Kohlendioxyd enthalten, tritt eine Neutralisation der aktiven Kalkbestandteile in der Asche ein. Bei dieser Vorbehandlung werden nahezu 1 g Asche je g Trockensubstanz· in das Zentrifugat eingetragen. Durch die Wäsche wird das Zentrifugat ferner auf 5O⁰C erwärmt. Durch nachfolgende Zugabe von 12 g Kalk pro Liter

2 Zentrifugat lassen sich eine Filterleistung von 300 1 je m und

ρ Stunde auf dem Drehfilter und von 70 1 je m und Stunde auf der Filterpresse erreichen. Die Feststoffkonzentration des Filterkuchens beträgt 38 # beim Drehfilter und 45 # bei der Filterpresse.

Bereitet man das Zentrifugat nicht nach dem hier angeführten Verfahren auf, so benötigt man zur Erreichung einer Filterleistung

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von 300 1 je m und Stunde eine Aschemenge von 3 bis 3_f5 g Asche je g Trockensubstanz. Die erhaltene Festetoffkonzentration beträgt dann etwa 40 96 beim Drehfilter und etwa 50 # bei der Filterpresse. Das bedeutet wegen der höheren Aschemenge, die verwendet worden ist, einen höheren Wassergehalt, bezogen auf die ursprüngliche Trockensubstanz sowohl beim Drehfilter als auch bei der Filterpresse.

Beispiel 4

Die Arbeitsweise nach Beispiel 3 läßt sich auch mit Frischschlamm aus dem Absetzbecken und der biologischen Reinigung durchführen. In diesem Falle liegt wegen des höheren Gehalts an organischer Substanz im Schlamm der Aschegehalt im Zentrifugenaustrag niedriger, so daß dem Zentrifugat weniger Asche im Wäscher zugesetzt wird. Es ist deshalb erforderlich, entweder den Kalkzusatz auf ca. 18 g/l zu erhöhen oder aber auch einen Teil des Filterkuchens mit zu verbrennen. Durch die Erwärmung des Zentrifugats tritt eine Desinfektion des Schlammes ein, die eine Verarbeitung zu Kompost und eine zwischenzeitliche Lagerung ermög.icht.

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zum Filtrieren von Abwasserschlämmen und/oder der Zentrifugenüberläufe, die beim Entwässern solcher Schlämme anfallen unter Verwendung von Asche als PiIterhilfsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schlamm und/oder dem Zentrifugenüberlauf vor der Filtration zusätzlich zur Asche noch Kalk zugesetzt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verwendung der Asche des verbrannten Filterkuchens ein Teil des Kalks im Kreislauf geführt und nochmals verwendet wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugenaustrag verbrannt und das Zentrifugat nach Zusatz der Verbrennungsasche aus dem Zentrifugenaustrag und von Kalk nach Erwärmung der Mischung durch die Abgase der Verbrennungseinrichtung filtriert wird.

4) Verfahren nach Anspruch 3 unter Verwendung eines Wirbelschichtofens, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas mit dem Zentrifugenüberlauf gewaschen wird, wobei dieser erwärmt und mit Asche gemischt wird.

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