Verfahren zur Entwässerung von Frisch- oder Faulschlanun Bei dem heutigen Anfall von Klärschlamm von Grosstädten gestaltet sich die Verarbeitung und Be seitigung dieses Schlammes immer schwieriger. Nach bisherigen Verfahren wird der bei der Klärung an fallende Schlamm einem Faulprozess unterworfen und anschliessend in vielen Fällen auf Trocknungs- feldern durch Luft- und Sonneneinwirkung getrock net. 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 Witterungsverhält nissen abhängt.
Es wurde daher eine zwingende Not wendigkeit, das langwierige und platzraubende na türliche Trocknungsverfahren durch Anwendung künstlicher Trocknungsverfahren abzulösen. Seit mehreren Jahren wurden daher mit künstlichen Trocknungsverfahren für Frisch- und Faulschlamm zum Teil ausgedehnte Untersuchungen unternommen, ohne dass jedoch technisch restlos befriedigende Lö sungen gefunden worden wären.
Die wesentlichste Schwierigkeit bei der Entwäs serung besteht darin, dass der Schlamm zu einem grossen Teil aus Kolloiden besteht, welche das Was ser einschliessen. Diese Kolloiden geben das Wasser nur schwer frei, so dass ausser Abdampfen des Was sers physikalische Trennmethoden praktisch zum Scheitern verurteilt waren.
So wurde beispielsweise bereits versucht, Schlamm in Schleuderanlagen zu entwässern. Dieses Verfahren hat jedoch auch bei erheblichen Beschleu nigungen nur zu einem Wasserentzug bis auf besten falls 80'/o Wassergehalt geführt. Ein weiterer erheb licher Nachteil des Schleuderverfahrens bestand darin, dass das erlangte Wasser noch in erheblichem Ausmass Kolloidteile enthielt, welche einen Reini gungsprozess des Wassers erforderlich machten. Fernerhin wurde bereis versucht, den Wassergehalt durch Filterprozesse zu vermindern. Dieses Verfah ren stiess jedoch bisher auf sehr grosse technolo gische Schwierigkeiten, da die meist aus Textilien bestehenden Filterkörper schnell verstopften und so mit wasserundurchlässig wurden.
Darüber hinaus bringen Filterungen selbst bei relativ hohem Vakuum nur eine geringe Entwässerung. Es wurde auch vor.- geschlagen, den Schlamm zu erhitzen und die Flüs sigkeit zu verdampfen. Wenngleich dieser Prozess im Prinzip durchführbar ist, konnte er sich bisher wegen des ausserordentlich grossen Energiebedarfs in der Praxis nicht durchsetzen.
Da das Wasser weitgehend in die Kolloidteilchen eingeschlossen ist, wird Klärschlamm heute auch dadurch entwässert, dass man mittels Ausfällungs- mittel die Kolloide zerstört und den Schlamm an- schliessend vom Wasser trennt. Auch dieses Ver fahren ist wegen des nicht sehr hohen Wasserent- zuges und der Kosten an Chemikalien nicht allen Anforderungen gewachsen.
Daneben wurde auch schon vorgeschlagen, den Schlamm auf Siedetemperatur und auch darüber zu erhitzen. So ist es bekannt geworden, den Schlamm kurzzeitig unter erhöhtem Druck bis über<B>1800 C zu</B> erhitzen. Diese Versuche. brachten jedoch nur un wesentliche Verbesserungen, weswegen sie als offen sichtlich aussichtslos und als energetisch ungünstig nicht weiterverfolgt: wurden.
Die neuesten Veröffentlichungen auf dem Ge biet der künstlichen Schlamnientwässerung lassen er kennen, dass in der Kombination der bisher angege benen Entwässerungsmethoden ein Kompromiss angestrebt wird, welcher jedoch nur teilweise befrie digend ist. Bei diesen kombinierten Verfahren wird auf physikalischem Wege (Filtern, Zentrifugieren)<B>-</B> zum Teil unter Zusatz von Fällungsmitteln <B>--</B> eine Entwässerung bis etwa auf<B>75</B> '/o Wassergehalt durch- geführt, wonach die restliche Entwässerung durch Abdampfen erfolgt. Dieses Abdampfen ist jedoch energetisch wegen des hohen Wärmeverbrauches äus- serst ungünstig.
Noch vor etwa einem Jahr ist wieder eine Beschreibung einer der wenigen bisher gross- technisch arbeitenden Entwässerungsanlagen bekannt geworden. Diese mit Faulschlamm belieferte Anlage arbeitet durch Ausfällung mittels Kalk und Eisen sulfat und anschliessender Vakuumfilterung, wonach der noch<B>75</B> '/o betragende Wassergehalt durch Ab- dampfung weiter herabgesetzt wird. Die Energie bilanz dieser Anlage ist auch nicht günstig.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird nun auf Schlamm ein in der Torfentwässerung vorgeschla genes Verfahren angewendet.
Bereits vor mehreren Jahren, also lange vor In betriebnahme der erwähnten Anlage zur Schlamm entwässerung, wurde vorgeschlagen, Nasstorf unter entsprechendem Druck auf eine Temperatur über 20011<B>C</B> zu erwärmen und anschliessend zu zentrifu gieren. Obwohl dieses Verfahren zur Entwässerung von Torf bereits vor Jahrzehnten veröffentlicht wurde, ist es bisher auf Grund eines technischen Vorurteils nicht auf Klärschlamm angewendet wor den. Dies hat hauptsächlich zwei Ursachen. Zunächst hat dieses Verfahren sich in der Torfindustrie bisher nicht durchsetzen können, da die bei Torf erreichte Entwässerung unter wesentlich höherem Aufwand gegenüber bisherigen Torftrocknungsverfahren nur eine geringe Verbesserung brachte.
So ist es bisher bei Anwendung dieses Verfahrens nicht möglich ge wesen, Torf auf einen Wassergehalt unter<B>80-85</B> '/o zu bringen. Dieser Entwässerungsgrad ist jedoch auch bisher bei Schlamm mittels hochtourig arbei tender Zentrifugen<B>-</B> wenn auch nur bei Faul schlamm<B>-</B> erreichbar. Da man nun einerseits kein besseres oder zumindest kein wesentlich besseres Er gebnis als bei Torf erwartete, unterblieben weitere Bemühungen in dieser Richtung. Andererseits wur den wie erwähnt bereits Untersuchungen mit Erhit zen von Faulschlamm unternommen, welche<B>-</B> vom Abdampfen abgesehen<B>-</B> keine günstigen Ergebnisse zeigten.
Aus diesem Grunde versprach sich die Fach welt keinen Erfolg von der Anwendung des Torf- trocknungsverfahrens auf Schlamm, so dass keine Untersuchungen angestellt wurden.
Trotz der dargelegten allgemeinen Auffassung der Fachwelt hat sich jedoch völlig überraschend ge zeigt, dass eine Ausdehnung der Behandlungszeit auf mindestens zwei Stunden bei Erhitzung von Faul- oder Frischschlanun auf eine Temperatur von über <B>1750 C</B> ausgezeichnete Ergebnisse bringt.
An diesem Ergebnis ist völlig unerwartet, dass erst bei längerer Einwirkung einer Temperatur von<B>1750 C</B> und mehr die seit langem angestrebte Zerstörung der Schlamm kolloide und eine Freiwerdung der Wassermoleküle einsetzt und auf diesem Wege eine Entwässerung bei anschliessender Zentrifugierung bis auf einen Wasser gehalt von 30'/o möglich ist<B>-</B> ein Ergebnis, das in Fachkreisen bisher für völlig unmöglich gehalten wurde. Als besonderes Ergebnis dieses Verfahrens muss betrachtet werden, dass das abzentrifugierte Wasser praktisch völlig frei von Schwebeteilchen ist, so dass es ohne weiteres in Flüsse, etc. abgeleitet werden kann.
Es entfallen somit die bisher erfor derlichen, schwierigen und energetisch kostspieligen Reinigungsverfahren des abzentrifugierten Wassers. Ferner ist die Tatsache, dass das abzentrifugierte Wasser praktisch keine Schwebeteilchen mehr ent hält, ein Beweis dafür, dass tatsächlich eine Kolloid- zerstörung in erheblichem Umfang stattfindet. Dieses für die Praxis neben einem weitgehenden Entwäs serungsgrad ausschlaggebende Ergebnis kann mit keinem bisher bekannten Schlammentwässerungs- verfahren in diesem Ausmass erzielt werden. Weiter hin kann das erfindungsgemässe Verfahren sowohl auf Faulschlamm als auch auf Frischschlamm ange wendet werden.
Die erlangten Vorteile haben somit eine erhebliche Bedeutung. Das gleiche Verfahren, das bei Torf nur eine relativ geringe Entwässerung zur Folge hat, findet seine eigentliche, grosstechnische Bedeutung in der Schlammentwässerung.
Im nachstehenden sei das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise näher erläutert<B>:</B> Der Frisch- oder Faulschlamm wird in einem Autoklaven auf eine Temperatur erhitzt, welche über <B>1750 C</B> liegt, und auf dieser Temperatur zwischen zwei und vier Stunden gehalten. Die genaue Tem peratur und die im Einzelfall günstigste Zeitspanne hängt von der Beschaffenheit des zu entwässernden Schlammes ab. Als Mittelwerte lassen sich eine Tem peratur von<B>200-2300 C</B> und eine Zeitspanne zwi schen 2 und 272 Stunden angeben.
Zur Erläuterung der erlangten Sauberkeit des abzentrifugierten Was sers seien nachfolgend tabellarisch einige Versuchs ergebnisse angegeben., aus welchen der Zusammen hang von Temperatur, Zeit der Aufrechterhaltung dieser Temperatur und Gehalt an Schwebeteilchen
EMI0002.0029
Wasser hervorgeht.
EMI0002.0030
Konditionierungs Dauer: <SEP> Stunden<B>.... <SEP> 1</B> <SEP> 2 <SEP> <B>3</B>
<tb> Temperatur <SEP> <B>C</B> <SEP> o <SEP> <B>g/kg <SEP> g/kg <SEP> g/kg</B>
<tb> <B><I>150</I></B> <SEP> trüb <SEP> <B>0,65</B> <SEP> trüb <SEP> <B>0,36</B> <SEP> trÜb <SEP> <B>0,57</B>
<tb> <B>165</B> <SEP> trüb <SEP> 0,43 <SEP> trüb <SEP> <B>0,23</B> <SEP> trüb <SEP> 0,2
<tb> <B>175</B> <SEP> trüb <SEP> <B>0,29</B> <SEP> klar <SEP> <B>0,08</B> <SEP> klar <SEP> <B>0,01</B>
<tb> 200 <SEP> klar <SEP> <B>0,05</B> Aus dieser Tabelle ist zu ersehen, dass der Ge halt an Schwebeteilchen z. B. bei 17511 <B>C</B> bei Erhö hung der Behandlungszeit von einer auf zwei Stun den sprunghaft abfällt. Welche Temperatur- und Zeitwerte im einzelnen gewählt werden, hängt von den jeweiligen Versuchsbedingungen ab.
Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass bei einem bestimmten angestrebten Ergebnis bezüglich des abgeschiedenen Wassers und des Entwässerungs- grades sich Temperatur und Verweilzeit weitgehend ersetzen können,<B>d.</B> h.<B>je</B> kürzer die Verweilzeit ist, umso höher muss die Temperatur sein. Eine Tem peratur von<B>1750 C</B> ist jedoch auf alle Fälle Voraus setzung für eine Zerstörung der Kolloide.
Die gün stigsten Temperaturen bei Faulschlamm liegen etwas höher als bei Frischschlamm, und zwar bei Faul schlamm über 2<B>10,1 C</B> und bei Frischschlamm über 200,) <B>C.</B> In dem Autoklaven bzw. dem Kessel herrscht dabei ein derartiger Druck, dass der Schlamm bei der gewählten Temperatur höchstens siedet. An- schliessend wird der Schlamm zentrifugiert oder eventuell auch gefiltert, wobei der Wassergehalt bis auf ca. <B>30'/.</B> zurückgehen kann. Der Schlammrück stand muss keiner weiteren Behandlung unterzogen werden und kann direkt, z. B. als Düngemittel oder Brennstoff, weiterverwendet werden.
Ein ausserordentlich wichtiger Vorteil des be schriebenen Verfahrens liegt darin, dass nach ein mal eingeleiteter Erwärmung die Energiezufuhr weit gehend gedrosselt und in manchen Fällen auch ganz abgestellt werden kann, da der in dem Schlamm auf tretende chemische Prozess exotherm verläuft. Die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Ener gie ist also relativ gering und liegt erheblich unter dem Bedarf des bisher gebräuchlichen Verdamp- fungsverfahrens.
Bei den angestellten Untersuchungen hat sich als bemerkenswert herausgestellt, dass bei einer Tem peratur unter 175,1 <B>C</B> noch keine wesentliche Kolloid- Zerstörung und somit noch keine Wasserbefreiung stattfindet. Es existiert daher ein von der Schlamm- Zusammensetzung und Schlammbeschaffenheit zum Teil abhängiger kritischer Temperaturwert. Dieser kritische Temperaturwert muss jedoch zu einer wirk samen Entwässerung überschritten werden.
Die Exi stenz dieses kritischen Temperaturwertes erklärt auch die Tatsache, dass bei bisherigen Versuchen mit er höhten Temperaturen keine Verbesserung der Was- serabscheidung bei nachfolgenden physikalischen Trennverfahren beobachtet werden konnte.
Process for the dewatering of fresh or digested sludge With today's accumulation of sewage sludge in large cities, the processing and disposal of this sludge is becoming more and more difficult. According to previous methods, the sludge produced during clarification is subjected to a digestion process and then, in many cases, dried in drying fields by exposure to air and sunlight. With the increasing amount of sewage sludge, however, this process became uneconomical, as it takes up a lot of space and time and also depends on the weather conditions.
It has therefore become an imperative to replace the lengthy and space-consuming natural drying process by using artificial drying processes. For several years, therefore, with artificial drying processes for fresh and digested sludge, sometimes extensive investigations have been undertaken, but without any technically completely satisfactory solutions having been found.
The main difficulty in dewatering is that the sludge consists largely of colloids that trap the water. These colloids release the water with difficulty, so that apart from evaporation of the water, physical separation methods were practically doomed to failure.
For example, attempts have already been made to dewater sludge in centrifugal systems. However, even with considerable accelerations, this process has only led to a water removal up to at best 80% water content. Another significant disadvantage of the centrifugal process was that the water obtained still contained a considerable amount of colloid parts, which made it necessary to purify the water. Furthermore, attempts have already been made to reduce the water content through filter processes. However, this method has so far encountered very great technological difficulties, since the filter bodies, which are mostly made of textiles, quickly clogged and thus became impermeable to water.
In addition, filtering results in little drainage even with a relatively high vacuum. It was also suggested that the mud be heated and the liquid evaporated. Although this process can be carried out in principle, it has so far not been able to establish itself in practice because of the extraordinarily large energy requirements.
Since the water is largely enclosed in the colloid particles, sewage sludge is also dewatered today by destroying the colloids using a precipitant and then separating the sludge from the water. This process, too, is not able to cope with all requirements because of the not very high water removal and the cost of chemicals.
In addition, it has also been suggested to heat the sludge to boiling temperature and above. It has become known to briefly heat the sludge under increased pressure to over <B> 1800 C </B>. These attempts. However, brought only minor improvements, which is why they were not pursued as obviously hopeless and as energetically unfavorable.
The latest publications in the field of artificial sludge drainage indicate that a compromise is sought in the combination of the previously specified drainage methods, which, however, is only partially satisfactory. In these combined processes, dehydration down to about <B> 75 </B> 'is carried out by physical means (filtering, centrifuging) <B> - </B> partly with the addition of precipitants <B> - </B> / o water content carried out, after which the remaining dewatering takes place by evaporation. However, this evaporation is extremely unfavorable in terms of energy because of the high heat consumption.
About a year ago, a description of one of the few large-scale technical drainage systems was known. This plant, supplied with digested sludge, works by precipitation using lime and iron sulphate and subsequent vacuum filtering, after which the water content, which is still <B> 75 </B> '/ o, is further reduced by evaporation. The energy balance of this system is also not favorable.
According to the present invention, a method proposed in peat drainage is now applied to sludge.
Several years ago, long before the mentioned sludge dewatering system was put into operation, it was proposed that wet peat be heated to a temperature of over 20011 <B> C </B> under appropriate pressure and then centrifuged. Although this method for dewatering peat was published decades ago, it has not been applied to sewage sludge due to a technical prejudice. There are two main reasons for this. Initially, this process has so far not been able to establish itself in the peat industry, since the dewatering achieved with peat brought only a small improvement compared to previous peat drying processes with significantly higher expenditure.
So far it has not been possible using this method to bring peat to a water content below <B> 80-85 </B> '/ o. However, this degree of dewatering has so far also been achievable with sludge by means of high-speed centrifuges <B> - </B> even if only with digested sludge <B> - </B>. Since, on the one hand, no better or at least no significantly better result than with peat was expected, no further efforts were made in this direction. On the other hand, as already mentioned, investigations were carried out with the heating of digested sludge, which <B> - </B> apart from evaporation <B> - </B> showed no favorable results.
For this reason, experts did not expect any success from the application of the peat drying process on sludge, so that no studies were carried out.
In spite of the general opinion of experts as set out above, however, it has been shown, completely surprisingly, that an extension of the treatment time to at least two hours when heating digestive or fresh siphon to a temperature of over 1750 C brings excellent results.
What is completely unexpected about this result is that only after prolonged exposure to a temperature of <B> 1750 C </B> and more does the long-sought destruction of the colloidal sludge and the release of water molecules begin, and in this way dewatering with subsequent centrifugation up to a water content of 30% is <B> - </B> a result that has been considered completely impossible in specialist circles. As a special result of this process it must be considered that the centrifuged water is practically completely free of suspended particles, so that it can easily be drained into rivers, etc.
It eliminates the previously neces sary, difficult and energetically expensive cleaning process for the centrifuged water. Furthermore, the fact that the centrifuged water practically no longer contains any suspended particles is proof that colloid destruction is actually taking place to a considerable extent. This result, which is decisive for practical use in addition to a high degree of dewatering, cannot be achieved to this extent with any previously known sludge dewatering process. Furthermore, the method according to the invention can be applied both to digested sludge and to fresh sludge.
The advantages obtained are therefore of considerable importance. The same process, which results in relatively little drainage of peat, finds its actual, large-scale technical importance in sludge drainage.
The method according to the invention is explained in more detail below, for example: The fresh or digested sludge is heated in an autoclave to a temperature which is above 1750 C and at this temperature between two and held for four hours. The exact temperature and the most favorable period of time in each individual case depend on the nature of the sludge to be dewatered. A temperature of <B> 200-2300 C </B> and a time span between 2 and 272 hours can be specified as mean values.
To explain the cleanliness of the centrifuged water, some test results are tabulated below, from which the relationship between temperature, time at which this temperature was maintained and the content of suspended particles
EMI0002.0029
Water emerges.
EMI0002.0030
Conditioning duration: <SEP> hours <B> .... <SEP> 1 </B> <SEP> 2 <SEP> <B> 3 </B>
<tb> Temperature <SEP> <B> C </B> <SEP> o <SEP> <B> g / kg <SEP> g / kg <SEP> g / kg </B>
<tb> <B><I>150</I> </B> <SEP> cloudy <SEP> <B> 0.65 </B> <SEP> cloudy <SEP> <B> 0.36 </ B> <SEP> cloudy <SEP> <B> 0.57 </B>
<tb> <B> 165 </B> <SEP> cloudy <SEP> 0.43 <SEP> cloudy <SEP> <B> 0.23 </B> <SEP> cloudy <SEP> 0.2
<tb> <B> 175 </B> <SEP> cloudy <SEP> <B> 0.29 </B> <SEP> clear <SEP> <B> 0.08 </B> <SEP> clear < SEP> <B> 0.01 </B>
<tb> 200 <SEP> clear <SEP> <B> 0.05 </B> From this table it can be seen that the content of suspended particles, e.g. B. at 17511 <B> C </B> when increasing the treatment time from one to two hours the drops sharply. Which temperature and time values are selected in detail depends on the respective test conditions.
It should be pointed out in this context that with a certain desired result with regard to the separated water and the degree of dehydration, temperature and residence time can largely replace each other, <B> d. </B> h. <B> each </B> The shorter the dwell time, the higher the temperature must be. A temperature of <B> 1750 C </B> is, however, a prerequisite for destruction of the colloids.
The most favorable temperatures for digested sludge are slightly higher than for fresh sludge, namely above 2 <B> 10.1 C </B> for digested sludge and above 200 <B> C. </B> in the autoclave or the pressure in the boiler is such that the sludge boils at most at the selected temperature. The sludge is then centrifuged or possibly also filtered, whereby the water content can drop to approx. <B> 30 '/. </B>. The sludge residue does not have to be subjected to any further treatment and can be used directly, e.g. B. as fertilizer or fuel.
An extremely important advantage of the process described is that once the heating has been initiated, the energy supply can be largely throttled and in some cases even switched off completely, since the chemical process occurring in the sludge is exothermic. The energy required to carry out the process is therefore relatively low and is considerably below the requirements of the evaporation process that has been used up to now.
In the investigations carried out, it turned out to be remarkable that at a temperature below 175.1 <B> C </B> there is still no significant colloid destruction and therefore no water liberation. There is therefore a critical temperature value that is partly dependent on the sludge composition and properties. However, this critical temperature value must be exceeded for effective drainage.
The existence of this critical temperature value also explains the fact that in previous experiments with elevated temperatures, no improvement in water separation could be observed in subsequent physical separation processes.