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Verfahren zur Entwässerung von Faul-und Frischschlamm
Bei dem heutigen Anfall von Klärschlamm von Grossstädten gestaltet sich die Verarbeitung und Beseitigung dieses Schlammes immer schwieriger. Nach bisherigen Verfahren wird der beider Klärung abfallende Schlamm einem Faulprozess unterworfen und anschliessend in vielen Fällen auf Trocknungsfeldern durch Luft-und Sonneneinwirkung getrocknet. Mit der steigenden Menge an Klärschlamm wurde dieses Verfahren jedoch unwirtschaftlich, da es einerseits viel Platz und Zeit in Anspruch nimmt und darüber hinaus noch von den Witterungsverhältnissen abhängt. Es wurde daher eine zwingende Notwendigkeit, das langwierige und platzraubende natürliche Trocknungsverfahren durch Anwendung künstlicher Trocknungsverfahren abzulösen.
Seit mehreren Jahren wurden daher mit künstlichen Trocknungsverfahren von Frisch -und Faulschlamm zum Teil ausgedehnte Untersuchungen unternommen, ohne dass jedoch technisch restlos befriedigende Lösungen gefunden worden wären.
Die wesentlichste Schwierigkeit bei der Entwässerung besteht darin, dass der Schlamm zu einem grossen Teil aus Kolloiden besteht, welche das Wasser einschliessen. Diese Kolloide geben das Wasser nur schwer frei, so dass ausser Abdampfen des Wassers physikalische Trennmethoden praktisch zum Scheitern verurteilt waren.
So wurde beispielsweise bereits versucht, Schlamm in Schleuderanlagen zu entwässern. Dieses Verfahren hat jedoch auch bei erheblichen Beschleunigungen nur zu einem Wasserentzug bis auf bestenfalls 80ago Wassergehalt geführt. Ein weiterer, erheblicher Nachteil des Schleuderverfahrens bestand darin, dass das erlangte Wasser noch in erheblichem Ausmass Kolloidteile enthielt, welche einen Reinigungsprozess des Wassers erforderlich machten.
Fernerhin wurde bereits versucht, den Wassergehalt durch Filterprozesse zu vermindern. Dieses Verfahren stiess jedoch bisher auf sehr grosse technologische Schwierigkeiten, da die meist aus Textilien bestehenden Filter schnell verstopften und somit wasserundurchlässig wurden. Darüber hinaus bringen Filterungen selbst bei relativ hohem Vakuum nur eine geringe Entwässerung. Es wurde auch vorgeschlagen, den Schlamm zu erhitzen und die Flüssigkeit zu verdampfen. Wenngleich dieser Prozess im Prinzip durchfuhr- bar ist, konnte er sich bisher wegen des ausserordentlich grossen Energiebedarfs in der Praxis nicht durchsetzen.
Da das Wasser weitgehend in den Kolloidteilchen eingeschlossen ist, wird Klärschlamm heute auch dadurch entwässert, dass man mittels Ausfällungsmittelndie Kolloide zerstört und den Schlamm anschliessend vom Wasser trennt. Auch dieses Verfahren ist wegen des nicht sehr hohen Wasserentzuges und der Kosten an Chemikalien nicht allen Anforderungen gewachsen. Daneben wurde auch schon vor längerer Zeit vorgeschlagen, den Schlamm auf Siedetemperatur und auch darüber zu erhitzen. So ist es bekannt geworden, den Schlamm unter erhöhtem Druck bis 1300C zu erhitzen.
In dieser Richtung vorgenommene Untersuchungen erbrachten jedoch nur unwesentliche Verbesserungen, so dass diese Versuche als ergebnislos nicht weiterverfolgt wurden.
Die neuesten Veröffentlichungen auf dem Gebietderkünstlichen Sehlammentwässerung lassen erkennen, dass in der Kombination der bisher angegebenen Entwässerungsmethoden ein Kompromiss angestrebt wird, welcher jedoch nur teilweise befriedigend ist. Bei diesen kombinierten Verfahren wird auf physikalischem Wege (Filtern, Zentrifugieren) -zum Teil unter Zusatz von Fällungsmitteln- eine Entwässerung bis etwa auf 751o Wassergehalt durchgeführt, wonach die restliche Entwässerung durch Abdampfen erfolgt. Dieses Abdampfen ist jedoch energetisch wegen des hohen Wärmeverbrauches äusserst ungünstig.
Noch vor etwa
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einem Jahr istwieder eine Beschreibung einer derwehige. i bisher grosstechnischarbeitendenEntwässenmgs- a. nlagen bekannt geworden. Diese mit Faulschlamm belieferte Anlage arbeitet durch Ausfällung mittels Kalk und Eisensulfat und anschliessender Vakuumfilterung, wonach der noch 75% betragende Wassergehalt durch Abdampfung weiter herabgesetzt wird. Die Energiebilanz dieser Anlage ist somit nicht günstig.
Gemäss der vorliegenden Erfindungen wird nun auf Schlamm ein in der Torfsntwässerung vorgeschlagenes Verfahren angewendet.
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Aufwand gegenüber bisherigen Torftrocknungsverfahren nur eine geringe Verbesserung brachte. So ist es bisher bei Anwendung dieses Verfahrens nicht möglich gewesen, Torf auf einen Wassergehalt unter 80-85% zu bringen. Dieser Entwässerungsgrad ist jedoch auch bisher bei Schlamm mittels hochtourig arbeitenden Zentrifugen-wenn auch nur bei Faulsc1amm- erreichbar. Da man nun einerseits kein besseres oder zumindestens kein wesentlich besseres Ergebnis als bei Torf erwartete, unterblieben weitere Bemühungen in dieser Richtung.
Anderseits wurden wie erwähnt bereits Untersuchungen mitErhitzen vonFaulschlamm unternommen, welche - vom Abdampfen abgesehen-keine günstigen Ergebnisse zeigten. Aus diesem Grunde versprach sich die Fachwelt keinen Erfolg von der Anwendul1g des Torftrocknungsverfahreli5 auf Schlamm, so dass keine Untersuchungen angestellt wurden.
Trotz der dargelegten allgemeinen Auffassung der Fachwelt hat sich jedoch völlig überraschend gezeigt, dass eine Erhitzung von Faul- oder Frischschlamm auf eine Temperatur von über 1750C und eine Aufrechterhaltung dieser Temperatur während über zwei Stunden ausgezeichnete Ergebnisse bringt. An diesem Ergebnis ist völlig unerwartet, dass bereits bei einer Temperatur von 1750C die Zerstörung der Kolloide und eine Freiwerdung der Wassermoleküle einsetzte und insbesondere, dass eine Entwässerung bei anschliessender Zentrifugierung bis auf einen Wassergehalt von 301o möglich war-ein Ergebnis, das inFach- kreisen bisherfürvöllig unmöglich gehalten wurde.
Weiterhin liegt inder Anwendung des Torf-Trocknungs- verfahrens der wesentliche Vorteil, dass auch Frischschlamnr ohne wesentliche Nachteile entwässert werden kann. Darüber hinaus ist bei Anwendung des Verfahrens auf Schlamm das entzogene Wasser weitgehend klar und enthält keine absetzbaren Schwebestoffe mehr. Dieses für die Praxis neben einem weitgehenden Ent- wässerungsgrad ausschlaggebende Ergebnis kann mit keirem bisher bekannten Schlammentwässerungsverfahren in diesem Ausmass erzielt werden. Das gleiche Verfahren, das bei Torf nur eine relativ geringe Entwässerung zur Folge hatte, findet seine eigentliche, grosstechnische Bedeutung in der Schlammentwässerung.
Im nachstehenden sei das auf Schlamm angewendete Verfahren näher erläutert :
Der Frisch- oder Faulschlamm wird in einem Autoklaven auf eine Temperatur erhitzt, welche über 1750C liegt und auf dieser Temperatur zwischen zwei und vier Stunden gehalten. Die genaue Temperatur und die im Einzelfall günstigste Zeitspanne hängt von der Beschaffenheit des zu entwässernden Schlammes ab. Als Mittelwerte lassen sich eine Temperatur von 200-2300C und eine Zeitspanne zwischen 2 und 2 1/2 Stunden angeben.
Zur Erläuterung der erlangten Sauberkeit des abzentrifugierten Wassers seien nachfolgend
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<tb> 200 <SEP> klar <SEP> 0, <SEP> 05
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Aus dieser Tabelle ist zu ersehen, dass der Gehalt an Schwebeteilchen z. B. bei 175 C bei Erhöhung der Behandlungszeit von einer auf zwei Stunden sprunghaft abfällt.
Welche Temperatur- und Zeitwerte im einzelnen gewählt werden, hängt von den jeweiligen Versuchsbedingungen ab. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass die bei einem bestimmten angestrebten Ergebnis bezüglich des abgeschiedenen Wassers und des Entwässerungsgrades sich Temperatur und Verweilzeit weitgehend ersetzen können, d. h. je kürzer die Verweilzeit ist, umso höher muss die Temperatur sein. Eine Temperatur von 1750C ist jedoch auf alle Fälle Voraussetzung für eine Zerstörung der Kolloide. Die günstigsten Temperaturen bei Faulschlamm liegen etwas höher als bei Frischschlamm und zwar bei Faulschlamm über 2100C und bei Frischschlamm über 200 C.
In dem Autoklaven bzw. dem Kessel herrscht dabei ein derartiger Druck, dass der Schlamm bei der gewählten Temperatur höchstens siedet. Anschliessend wird der Schlamm zentrifugiert oder eventuell auch gefiltert, wobei der Wassergehalt bis auf ca. 30%ozurückgehen kann. DerSchlamm- rückstand muss keiner weiteren Behandlung unterzogen werden und kann direkt, z. B. als Düngemittel oder Brennstoff weiterverwendet werden.
Ein ausserordentlicn wichtiger Vorteil des Verfahrens in seiner Anwendung auf Schlamm liegt darin, dass nach einmal eingeleiteter Erwärmung die Energiezufuhr weitgehend gedrosselt und in manchen Fällen auch ganz abgestellt werden kann, da der in dem Schlamm auftretende chemische Prozess exotherm verläuft. Die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Energie ist also relativ gering und liegt erheblich unter dem bisher gebräuchlichen Verdampfungsverfahren.
Bei den angestellten Untersuchungen hat sich als bemerkenswert herausgestellt, dass bei einer Temperatur unter 1750C noch keine wesentliche Kolloidzerstörung und somit noch keine Wasserbefreiung stattfindet. Es existiert daher ein von der Schlammzusammensetzung und Schlammbeschaffenheit zum Teil ab- 'hängiger kritischer Temperaturwert. Dieser kritische Temperaturwert muss jedoch zu einer wirksamen Entwässerung überschritten werden. Die Existenz dieses kritischen Temperaturwertes erklärt auch die Tatsache, dass bei bisherigen Versuchen mit erhöhten Temperaturen keine Verbesserung der Wasserabscheidung bei nachfolgenden physikalischen Trennverfahren beobachtet werden konnte.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Entwässerung von Faul- und Frischschlamm, bei welchem der Schlamm in einem geschlossenen Gefäss erwärmt-und anschliessend gefiltert oder zentrifugiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlamm zum Erhalt eines mindestens angenähert Gehwebestoff-freienAbwassers über zweistunden auf einerTemperatur von mindestens 1750C gehalten wird.