AT392463B - Anlage zum konditionieren und hygienisieren von klaerschlamm - Google Patents

Description

AT 392 463 B

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Konditionieren und Hygienisieren von Klärschlamm, mit einem Reaktor zur Wärmebehandlung, insbesondere zur biologischen Wärmebehandlung, einem Faulraum zur Aufnahme des wärmebehandelten Klärschlamms, sowie einer Vorrichtung mit mindestens drei praktisch konzentrischen Kammern, um frischen Klärschlamm vor der Einführung in den Reaktor mit heißem Klärschlamm aus dem Reaktor und/oder warmem Klärschlamm aus dem Faulraum vorzuwärmen und den aus dem Reaktor abgeführten Klärschlamm vor der Weiterleitung in den Faulraum abzukühlen und zu entgasen, und Pumpen, um den in den Kammern enthaltenen Klärschlamm umzuwälzen.

In der Praxis hat sich ein Behandlungsverfahren für Klärschlamm bewährt, bei welchem zuerst der Klärschlamm durch Erwärmen auf eine Temperatur von > 60 °C während zirka 24 Stunden hygienisiert und hydrolysiert wird, worauf dann der so vorbehandelte Klärschlamm äbgekühlt und in einer oder mehreren Stufen in Faulschlamm umgewandelt wird. Energetisch besonders vorteilhaft ist die biologische Erwärmung des Klärschlamms. So sieht beispielsweise das europäische Patent 0 053 777 vor, daß zur biologischen Erwärmung auf etwa 70 °C Sauerstoff in Luft oder von mit Luftsauerstoff versehenem Gas in die in einem Belüftungsbehälter befindlichen Abfallstoffe eingebracht wird, wobei dann eine erhöhte Temperatur solange aufrecht erhalten wird, daß Enterobakteriazeen und Wurmeier abgetötet werden. Es wird aber nicht nur eine Hygienisierung sondern auch eine Hydrolyse des Klärschlamms erreicht. Dies hat den Vorteil, daß die nachfolgende Faulung beschleunigt wird. Die zitierte europäische Patentschrift sieht vor, daß nach dem Austritt aus dem Belüftungsbehält«: mittels eines Wärmetauschers Wärme dem konditionierten Klärschlamm entzogen und auf den frischen Klärschlamm übertragen wird.

Auch die EP-A-0179234 sieht eine solche Erwärmung des Klärschlamms vor, wobei aber noch vor diesem Verfahrensschritt der frische Klärschlamm mit Faulschlamm vorgewärmt wird. Zur Erwärmung des frischen Klärschlamms ist eine Vorrichtung mit drei konzentrischen Kammern vorgesehen, wobei die innere Kammer zur Aufnahme des frischen Klärschlamms aus der Kläranlage, die mittlere Kammer-zur-abwechslungsweisen Aufnahme des warmen Faulschlamms aus dem Faulraum und des heißen Klärschlamms aus dem Reaktor dient, während dem die äußerste Kamm«* mit Kühlwasser beschickt wird, um Faulschlamm aus dem Faulraum weit«' abzukühlen. Umwälzpumpen sind vorgesehen, um den Inhalt der inneren und mittleren Kammer in einem Kreislauf umzuwälzen.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß bei den beschriebenen Anlagen relativ viel Zeit für den Wärmeaustausch benötigt wird. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß der Wärmeaustausch beschleunigt wird.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch «reicht, daß die Einlässe in die äußere und die mittlere Kamm« der Vorrichtung tangential angeordnet sind, um eine Drehbewegung des Kammerinhalts durch den einströmenden Klärschlamm zu bewirken, und daß die äußere Kammer an einem Ende über eine der Pumpen und am anderen Ende über eine Leitung mit der zentralen Kamm« zu einem Kreislauf verbunden ist. Bei dies« Anordnung haben die äußere und mittlere konzentrische Kammer eine hohlzylindrische Form. Dadurch wird eine Drehbewegung des Kammerinhalts begünstigt. Klärschlamm hat Fließeigenschaften, die erheblich von den Fließeigenschaften von Wasser abweichen. Bei einer zylindrischen Kammer besteht daher die Gefahr, daß der Inhalt in der Nähe des Zentrums an der Drehbewegung nicht teilnimmt, sich verfestigt und einen praktisch stillstehenden Pfropfen bildet. Dadurch wird aber der Wärmeaustausch behindert und es besteht auch die Gefahr von Betriebsstörungen durch die Pfropfenbildung. Im Gegensatz dazu wird durch die Anordnung eines zylindrischen Gegenstandes in einer Kammer die Pfropfenbildung vermieden. Da zudem dieser zylindrische Gegenstand in der Kammer eine zentrale Kammer bildet, durch welche Klärschlamm aus der äußeren Kammer im Kreislauf zirkuliert wird, erfolgt ein besonders rascher Wärmeaustausch.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Summe d« Volumina d« zentralen und d« äußer«) Kammer gleich dem Volumen der mittteren Kamm«. Dies ermöglicht es, pro Zeiteinheit gleiche Volumen von Klärschlamm durch die Vorrichtung durchzulassen. Die Vorrichtung kann also auch die gleichen Abmessungen aufweisen wie die bisher v«wendeten Vorrichtungen.

Zweckmäßigerweise ist der Durchmess« der äußeren Kammer etwa 8 bis 12 mal größer als der Durchmesser der zentralen Kammer. Bei dieser Bemessung ergeben sich zweckmäßige Fließgeschwindigkeiten durch die zentrale Kammer. Versuche haben gezeigt, daß der Durchmesser der äußeren Kammer zweckmäßigerweise etwa 10 mal größer ist als d« Durchmesser d« zentralen Kammer.

Von Vorteil ist es, wenn die Einlässe in die äußere und die mittlere Kammer so angeordnet sind, daß sie einander entgegengesetzte Drehbewegungen in den Kammern bewirken. Dies begünstigt den Wärmeaustausch.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anlage und

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung mit den drei Kammern.

Die in d«i Figuren 1 und 2 dargestellte Anlage zum Konditionieren und Hygienisieren von Klärschlamm besteht im wesentlichen aus dem Reaktor (11) und der Vorrichtung (13). Im Reaktor (11) wird der frische Klärschlamm aus der Kläranlage (15) während etwa 24 Stunden einer a«ob-thermophilen od« thermischen Behandlung bei > 60 °C unterzogen, nach einer Abkühlung in d« Vorrichtung (13) erfolgt eine Faulung im Faulraum (17), bei der Methan anfällt. Das so erzeugte Methan kann in bekannter Weise zum Antrieb von Gasmotoren für die Stromerzeugung und/oder Wärmegewinnung verwendet werden. -2-

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Wie bereits erwähnt wurde, dient der Reaktor (11) der Erwärmung des frischen Klärschlamms auf eine Temperatur von > 60 °C. Bei dieser Temperatur findet eine Hydrolysierung der im Klärschlamm enthaltenen organischen Stoffe statt Diese Hydrolysierung begünstigt die nachfolgende Faulung und Methangewinnung. Durch eine Temperaturerhöhung auf > 60 °C während etwa 12 bis 72 Stunden wird ferner eine Hygienisierung des Klärschlamms «reicht Bei diesen Temperaturen werden nämlich Wurmeier, Salmonellen und Enterobakteriazeen abgetötet

Die Erwärmung des Klärschlamms im Reaktor (11) kann durch Fremdwärme erfolgen. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Selbsterhitzung, die durch Belüftung des Reaktors (11) erfolgen kann. Durch die Belüftung werden ideale Bedingungen für die aerob-thermophilen Bakterien geschaffen, wobei deren Tätigkeit zu einer Erwärmung des Klärschlamms auf Temperaturen von > 60 °C führt

Die Vorrichtung (13) weist drei konzentrische Kammern (19), (21) und (23) auf. Von Bedeutung ist nun, daß die Einlässe (25), (27) und (29) tangential angeordnet sind. Dadurch wird eine Drehbewegung des Kammerinhalts durch den einströmenden Klärschlamm bewirkt. Wie Figur 2 zeigt, sind die Einlässe (25) und (29) in die äußere und die mittlere Kammer (21) einander entgegengesetzt angeordnet, so daß sie einander entgegengesetzte Drehbewegungen in den Kammern bewirken. Es ist zu beachten, daß beide Kammern (21) und (23) einen ringförmigen Querschnitt besitzen. Im Gegensatz zu ein« zylindrischen Kammer kann sich daher in keiner dies« Kammern eine Art Pfropfen in d« Mitte bilden, welcher an der Drehbewegung des Kammerinhalts nicht oder praktisch nicht teilnimmt. Die Pfropfenbildung in Kammer (19) wird durch eine genügende Fließgeschwindigkeit des Klärschlamms unterbunden.

Die äußere Kammer (23) ist an einem Ende üb« eine Pumpe (31) und am and«en Ende über eine Leitung (32) mit der zentralen Kamm« (19) zu einem Kreislauf verbunden. Der Inhalt d« beiden Kammern (23) und (19) kann also durch die Pumpe (31) umgewälzt werden. Eine entsprechende Pumpe (33) dient der Umwälzung des Inhalts der mittl«en Kammer (21).

Die Summe der Volumina der zentralen und d« äußeren Kamm« (19), (23) entspricht dem Volumen der mittleren Kammer (21). Der Durchmesser der äußeren Kammer (23) ist etwa 8 bis 10 mal größer als der Durchmesser der zentralen Kammer (19). Bei einem Ausführungsbeispiel d« Erfindung wurden gute Ergebnisse mit einem Durchmesser der äußeren Kammer von 2500 mm und einem Durchmesser der inneren Kammer von 250 mm und einer Höhe der Kammern von 3550 mm erzielt. Die durch die Pumpe (31) erzeugte Fließgeschwindigkeit in der zentralen Kamm« (19) betrug dabei etwa 1,5 m/s.

Die Leitung (35) verbindet die Kläranlage (15) über die Pumpe (37) mit der Vorrichtung (13). Die Leitung (39) verbindet die Vorrichtung (13) mit dem Reaktor (11). Beim Reaktor (11) ist in bekannter Weise eine Umwälzpumpe (41) und ein Injektor (43) zum Einfuhren von Luft in den Klärschlamm beim Umpumpen im Kreislauf vorgesehen. Die Leitung (45) verbindet den Reaktor (11) mit der Vorrichtung (13). Von der Vorrichtung (13) führt über das Ventil (51), die Pumpe (33) und das Ventil (52) die Leitung (50) zum Faulraum (17). Die Ventile (51) bis (58) sind vorgesehen, um die einzelnen Schritte des Verfahrens zu steuern. Zweckmäßigerweise werden diese Ventile durch eine Steuereinheit (62) gesteuert

Die Leitungen (59), (60) und (61) dienen der Entlüftung. Ein Filter (63) ist vorgesehen, um störende Gerüche zu neutralisieren.

Im Betrieb arbeitet die Anlage wie folgt Frischer Klärschlamm aus der Kläranlage (15) wird mit der Pumpe (37) über die Leitung (35) und das offene Ventil (55) in die äußere Kamm« (23) gepumpt Gleichzeitig wird warmer Klärschlamm aus dem Reaktor (11) über die Leitung (45), das Ventil (53), die Pumpe (33) und das Ventil (54) durch den Einlaß (29) in die mittlere Kammer (21) eingelassen. Dank der tangentialen Anordnung der Einlässe (27) und (29) werden die Inhalte der Kammern (23) und (21), wie mit den Pfeilen in Figur 2 eingezeichnet, bewegt. Da auch die Pumpe (31) arbeitet, fließt auch Klärschlamm im Kreislauf aus der Kammer (23) über die Pumpe (31) und das Ventil (56) in die zentrale Kammer (19) und von dort über die Leitung (32) wieder zurück in die äußere Kammer (23).

Nachdem die Kammern der Vorrichtung (13) die gewünschten Chargen enthalten haben, erfolgt eine Zirkulierung d« Kammerinhalte. Die Zirkulation in den Kammern (23) und (19) wurde b«eits beschrieben. Die Zirkulation des Inhalts der Kamm« (21) erfolgt über das Ventil (51), die Pumpe (33), das Ventil (54) und den Einlaß (29). Dank dieser Zirkulation erfolgt eine rasche Wärmeübertragung von warmem Schlamm in der Kammer (21) auf den frischen Klärschlamm in der Kammer (23). Im Gegensatz zum bisherigen Zweikammersystem kann mit der beschriebenen Anlage die Wärmeübertragungszeit auf rund die Hälfte reduziert werden. Von Bedeutung ist auch, daß während der Zirkulation in der Kammer (21) der Klärschlamm aus dem Reaktor (11) weitgehend entgast und abgekühlt wird, bevor «in den Faulraum (17) gelangt. Dadurch wird der Faulprozeß in dem Faulraum (17) begünstigt. Zum Ablassen des Klärschlamms in den Faulraum wird das Ventil (54) geschlossen und die Ventile (51) und (52) geöffnet, so daß die Pumpe (33) den Klärschlamm über die Leitung (50) in den Faulraum (17) pumpen kann. In entsprechend« Weise kann der Inhalt der Kammern (23) und (19) mittels der Pumpe (31) nach Schließen des Ventils (56) und Öffnen der Ventile (57) und (58) in den Reaktor (11) gepumpt werden.

Es sind verschiedene Änderungen der Anlage möglich, ohne vom grundlegenden Prinzip der Erfindung abzuweichen. Wenn beispielsweise die V«hind«ung ein« Pfropfenbildung in d« Kamm« (21) im Vordergrund steht, so genügt der Einbau eines zylindrischen Gegenstandes an Stelle der Kammer (19). Es ist aber -3-

Claims (5)

1. AT 392 463 B zweckmäßig, als zylindrischen Gegenstand ein Rohr zu benützen, welches zugleich eine zentrale Kammer bildet und den beschriebenen Kreislauf durch das Zentrum der Kammer (21) hindurch ermöglicht, was zu einem besseren Wärmeaustausch erheblich beiträgt. Es wäre auch möglich, die Kammer (21) abwechslungsweise mit Faulschlamm aus dem Faulraum (17) und Klärschlamm aus dem Reaktor (11) zu beschicken, um so eine noch bessere Wärmerückgewinnung zu erzielen. PATENTANSPRÜCHE 1. Anlage zum Konditionieren und Hygienisieren von Klärschlamm mit einem Reaktor zur Wärmebehandlung, einem Faulraum zur Aufnahme des wärmebehandelten Klärschlamms, sowie einer Vorrichtung mit mindestens drei praktisch konzentrischen Kammern, um frischen Klärschlamm vor der Einführung in den Reaktor mit heißem Klärschlamm aus dem Reaktor oder mit warmem Klärschlamm aus dem Faulraum vorzuwärmen und den aus dem Reaktor abgeführten Klärschlamm vor der Weiterleitung in den Faulraum abzukühlen und zu entgasen, und Pumpen, um den in den Kammern enthaltenen Klärschlamm umzuwälzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (25,27,29) in die äußere und die mittlere konzentrische Kammer (23, 21) der Vorrichtung (13) tangential angeordnet sind, um eine Drehbewegung des Kammeminhalts durch den einströmenden Klärschlamm zu bewirken, und daß die äußere Kamm»1 (23) an einem Ende über eine (31) der Pumpen und am anderen Ende über eine Leitung (32) mit der zentralen Kammer (19) zu einem Kreislauf verbunden ist.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Volumina der zentralen und der äußeren Kammer (19,23) dem Volumen der mittleren Kammer (21) entspricht
3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der äußeren Kammer (23) etwa 8 bis 12 mal größer als der Durchmesser der zentralen Kammer (19) ist.
4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der äußeren Kammer (23) etwa 10 mal größer als der Durchmesser der zentralen Kammer (19) ist
5. 5. Anlage nach einem der Anbrüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (25, 27, 29) der äußeren und mittleren Kammer einander entgegengesetzt so angeordnet sind, daß sie einander entgegengesetzte Drehbewegungen in den Kammern (23,21) bewirken. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-