Verfahren zur Entwässerung von Schlämmen, die bei der Abwasserreinigung anfallen, insbesondere Faulschlämmen Die Entwässerung von Industrieschlämmen auf mechanischem Wege mittels Filterpressen, Saugzel- lenfilter, Zentrifugen und dergleichen ist bekannt und im wesentlichen, je nach der angewendeten Methode und den angewendeten Mitteln,
ohne erhebliche Schwierigkeiten mit beachtlichem Erfolg durchführ- bar. Die Anwendung dieser bekannten Methoden und Mittel für die Entwässerung von Klärschlämmen aus häuslich-städtischen Abwässern oder Gemischen von häuslich-städtischen Abwässern mit Industrieabwäs sern war in der Praxis bisher regelmässig ein Miss erfolg, so sehr man sich auch bemühte, das drin- gende Problem der Beseitigung des in Klärbecken, oder allgemein gesprochen, in mechanischen oder chemisch-mechanischen Kläranlagen anfallenden Schlammes zu lösen.
Frischschlamm aus häuslich städtischenAbwässarn ist ekelerregend in seinem ganzen Aussehen, riecht süsslich fäkalisch, ist von schleimiger Konsistenz, ent hält infolge des Gehaltes an Kolloiden 95 % und mehr Wasser und geht bei längerem Stehenlassen in folge bakteriellen Abbaues der Kohlenhydrate und Eiweisstoffe in Fäulnis über.
Durchschnittlich fallen pro Kopf und Tag rund ein Liter Frischschlamm an, so dass man schon bei einer Stadt von 50 000 Ein wohnern mit rund 50 cbm pro Tag bzw. 18250 cbm im Jahr an Frischschlamm zu rechnen hat, der be seitigt werden muss, wenn er nicht eine ständige Be lästigung der Anwohner darstellen soll.
Die volle Entwässerung des Klärschlammes würde bei seinem erheblichen Wassergehalt zu einer gerin gen Feststoffmenge führen, die relativ leicht zu hand haben wäre. Die Bemühungen um die Entwässerung sind daher verständlich, jedoch ist z. B. mit üblichen Filterpressen, die mit 6-8 atü arbeiten, der Wasser gehalt von Frischschlamm höchstens von 95 % auf 85 % zu reduzieren und mit üblichen Zentrifugen auf 70-75 %.
Dabei kommt man aber mit diesen Maschinen auf keine befriedigende Leistung, denn die Filtertücher von Filterpressen, die Öffnungen von Schleudern usw. verschleimen und verstopfen. Zu ihrer Reinigung bedarf es aber erheblicher Arbeit und Geldaufwendungen.
Das aus den bekannten mecha nischen Einrichtungen ausfliessende Wasser ist aus- serdem noch stark verschmutzt. Seine Sauerstoffzeh rung und die organische Belastung sind so hoch,
dass man es in diesem Zustand dem Vorfluter nacht ohne weiteres übergeben kann. Reinigungsversuche führten zu keinem Erfolg, so dass letztlich alle obenge- nannten Verfahren an dieser Qualität des Ablaufes scheiterten.
Soweit man nicht die Möglichkeit der Verschiffung und Entladung ins Meer, des Ver brennens, der Unterbnngung in Schlammteichen, der Kompostierung und dergleichen hat, wählt man die Entwässerung des Frischschlammes auf Schlamm beeten und das Schlammfaulverfahren, insbesondere mit der Gewinnung von Gas und Dünger in Faul räumen.
Die Wahl der letzteren Verfahren ist eine Frage des zur Verfügung stehenden Raumes und der von einer Stadt zu tragenden Kosten.
Die Ausfaulung führt einen Teil der ursprünglichem organischen Sub stanz zur Minerahsierung. Diese Reaktion kann je doch in den Faultürmen nicht bis zu Ende geführt werden, weil die Fauldauer und damit der zu bauende Faulraum aus wirtschaftlichen Gründen begrenzt ist.
Daher enthält der Faulschlamm immer noch beacht liche Mengen organischer Substanzen und zeigt eine hohe Sauerstoffzehrung. Dies gilt sowohl für seinen fe, stanAnteil als auch dieflüssige Phase,diemitetwa 88% zu veranschlagen ist.
Seine Aufbereitung bietet des halb die gleichen Schwierigkeiten wie diejenige des oben erwähnten Frischschlammes. Auch hier ist man in der Praxis mit der Anwendung der bekannten Mittel zu einer technischen befriedigenden Entwässerung nicht gekommen.
Es liegt die Schwierigkeit wieder in der sehr schlechten Qualität des flüssigen Ablaufes.
Vor einigen Jahren glaubte man, durch die An wendung der Schwingungsprinzipien in der Klär technik das Problem der Schlammentwässerung lösen zu können und erhebliche technische und wirschaft- liche Vorteile zu erzielen.
Man versuchte, Frisch- und Faulschlamm mit Hilfe meh rvektoriell schwin gender Siebe einzudicken und im Anschluss hieran die Entwässerung mittels einer aus rotierenden Wal zen bestehenden Quetsche fortzusetzen.
Man war der Meinung, dass die kolloidalen Wasserverbindungen sich mit Hilfe von Schwingungen so weit zerstören liessen, dass der Schlamm beim Pressen das Restwas ser nach Belieben abgibt, wonach die Weiterverar beitung durch Brikettierung, Heissvergären zur Hu musbereitung oder durch andere Verfahren leicht möglich ist.
Es sei dahingestellt, ob und inwieweit man den Schlamm durch die Einwirkung von Schwin gungen und die anschliessende Verpressung entwäs sern kann. Sicher ist, dass das Zell- und Kapillar wasser mit seinen gelösten Inhaltsstoffen und seiner hohen Sauerstoffzehrung in den Ablauf hinzinge- bracht wird und dieser Ablauf von extrem schlechter Qualität z.
Z. nicht aufbereitet werden kann. Sein Ablassen in Reinigungsanlagen bzw. in den Vorfluter belastet diese so erheblich, dass auch dieser neue Versuch wie alle bisherigen Verfahren am Ablauf bzw. Filtrat, wie man ihn auch zu bezeichnen pflegt, scheitert.
Das seit Jahrzehnten anstehende Problem wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst und die Nachteile der bekannten Entwässerungsverfahren dadurch vermieden, dass der Schlamm auf mecha nischem Wege in einen feuchten Feststoffanteil und in einen Flüssigkeitsanteil aufgeteilt wird und der Flüssigkeitsanteil sodann einer Behandlung mit Fäll mittels unterworfen wird und dass schliesslich die ausgefällten Feststoffe von der restlichen Flüssigkeit abgetrennt
werden.
Anzustreben ist bei der mechanischen Trennung von fester Phase und flüssiger Phase des Schlammes, trotz weitgehender Entwässerung des zu gewinnenden festen Anteiles, der Einsatz solcher mechanischer Trennmethoden, die gewährleisten, dass der Fest stoffanteil im Ablauf möglichst gering ist,
damit durch ihn nicht noch zusätzlich die vom Erfinder erkannte Kolloidreaktion in der nachfolgenden Be- handlung erschwert und letzten Endes die Entwässe rung von Klärschlamm überhaupt in Frage gestellt ist.
Daher wird für diese erste Stufe bevorzugt eine Sedimentierschleuder eingesetzt, die etwa nur 10 des Feststoffanteiles des aufzubereitenden Schlammes in den Ablauf .treten lässt, während bei den sonst üblichen Verfahren und Einrichtungen 50 % und mehr die Regel waren.
Bei gutartigen Schlämmen ist die chemische und anschliessend mechanische Be handlung nicht nur auf einen bewusst gewonnenen Ablauf mit geringem Feststoffgehalt anwendbar, son dern auch auf einen Ablauf mit hohem Feststoffge- halt, wie er bei den bisher geläufigen Entwässerungs methoden von Frisch-, insbesondere aber Faul schlamm anfiel. Freilich ist hier der Aufwand an Chemikalien bedeutend höher.
Als organische Fällmittel für die chemische Be handlung benutzt man zweckmässig solche Verbin dungen, die gleichzeitig die Fähigkeit zum Ionenaus- tausch besitzen. Solche sind z. B. a) Carboxy- oder Ozäthyl-Methylzellulosen, Zellulose-glykolate als heteropolare Kolloide, b) sulfonierte phenolisc!he Körper vom Typ der syn thetischen Gerbstoffe, wie sie z.
B. als Tanigane bekannt sind.
c) Ionenaustauscher (z. B. Permutit bzw. höhere Silikate, Kunststoffe usw.) Als anorganische Fällmittel lassen. sich solche Salze verwenden, die als Zentral-Atom ein dreiwer tiges Schwermetall enthalten, z. B. anorganische Gerbmittel (Salze des. 3wertigen Chroms, des Alumi niums, des Eisens uw.). Namentlich genannt seien Tetraquo-Hexaquoferrichlorid.
Schliesslich kann man als Fällmittel Verbindungen verwenden, welche zugleich aus anorganischen und organischen Komponenten aufgebaut sind. Solche sind beispielsweise diejenigen, welche Zuckermole küle, Aminogruppen usw. im Chromkomplex ent halten.
Der Einsatz dieser Mittel richtet sich vornehm lich nach dem Feststoffanteil im Ablauf und der Wirtschaftlichkeit. Man wird danach trachten, jeweils die Fällmittel einzusetzen, die auf billigstem Wege den Feststoffgehalt im Ablauf sicher :niederschlagen.
Der so chemisch behandelte Ablauf ist sedimen- tierfähig und kann jetzt in der angegebenen Weise mechanisch aufbereitet werden, wobei ein von Fest stoffen völlig befreiter Ablauf entsteht, dessen Sauer stoffzehrung zu über 90-95 % beseitigt ist. In die sem Zustand kann er dem Vorfluter übergeben wer den.
Der in der beschriebenen Weise sedimentierfähig gemachte Ablauf kann auch in die Kläranlage zu rückgeführt werden, so ebenfalls in befriedigender Weise die Trennung der flüssigen von der festen Phase erfolgt, ohne dass die Kläranlage eine erhöhte Belastung erfährt.
Der Erfolg des Verfahrens ist überraschend, denn es gelingt mit einem Aufwand von Chemikalien, der in der Grössenordnung von 1 %o des Ausgangs schlammes liegt, das seit Jahrzehnten offenstehende Problem der Schlammentwässerung zu lösen.
Würde man mit der gleichen Menge Chemikalien den Aus gangsschlamm behandeln., darin hätte man gar keinen Erfolg ; bei einer Erhöhung des Chemikalienzusatzes scheitert wiederum die Lösung des Problems nicht nur an den hohen Kosten der Chemikalien, sondern auch an der durch den Chemikalienzusatz entstehen den teigigen Schlammasse, die gerade noch mit Fil terpressen entwässert werden kann und wiederum hohe Kosten für die Reinigung der Filterpressenteile, insbesondere der Filtertücher, erfordert.
Zudem kann aber auch der Ablauf aus der Filterpresse und das Waschwasser, das man zur Reinigung verwendet hat, mit den Inhaltsstoffen ebenfalls lästig sein.
Das erfindungsgemässe Verfahren sei im folgen den an Hand eines Ausführungsbeispieles näher er läutert. Die Zahlenangaben sind abgerundet.
Ausgegangen wird von einem ausgefaulten Schlamm, der folgende Teile enthält
EMI0003.0009
84,0 <SEP> Teile <SEP> Wasser
<tb> 0,5 <SEP> Teile <SEP> gelöste <SEP> Substanzen
<tb> 13,5 <SEP> Teile <SEP> Feststoffe
<tb> 2,0 <SEP> Teile <SEP> organische <SEP> Kolloide Der Schlamm wurde einer mechanischen Behand lung in einer Sedimentierschleuder unterworfen.
EMI0003.0012
Es <SEP> fallen <SEP> an <SEP> : <SEP> a) <SEP> ein <SEP> Trockenschlamm <SEP> mit <SEP> 6 <SEP> Tei len <SEP> Wasser <SEP> und <SEP> 8 <SEP> Teilen <SEP> Fest Stoff <SEP> ;
<tb> b) <SEP> ein <SEP> schwarzer <SEP> Ablauf <SEP> mit
<tb> 96,4 <SEP> Teilen <SEP> Wasser
<tb> 0,6 <SEP> Teilen <SEP> gelöste <SEP> Substanzen
<tb> 1,1 <SEP> Teilen <SEP> Feststoffe
<tb> 1,9 <SEP> Teilen <SEP> organische <SEP> Kolloide Dieser Ablauf zeigt mit über 12 000 mg/1 KMn04 Wert zwar gegenüber dem Ausgangsschlamm (mit 168 000 mg/1 KMnO..-Wert) eine Reduzierung dieser Zahl um ca. 93 %.
Der Absolutwert bleibt jedoch immer noch in einer für den Verfluter unzumutbaren Höhe.
Der Trockenschlamm kann nach der üblichen Behandlung als Düngemittel verwendet werden. Dem schwarzen Ablauf werden nun die eingangs genannten chemischen Zusätze gemäss der von den Kolloidem benötigten Entladungsenergie oder/und ent sprechend demAusfaulungsgrad des Schammes beige geben. Die Menge der Chemikalien liegt in der Grös- senordnung 1 %o des, Ausgangsschlammes. Es ent steht dabei ein zweiter Schlamm, der auf mechani- schem Wege, z.
B. mittels einer Sedimentierschleu- der, abgetrennt wird, und ein klarer Ablauf. Dieser zweite Schlamm wird dem ersten Trockenschlamm beigegeben. Der zweite gewonnene Ablauf kann jetzt dem Vorflute:r übergeben werden, weil er völlig klar ist und nur noch ca. 400 mg/1 KMnO.-Werte, das heisst 0,24 % des Ausgangsschlammes enthält.
In Abänderung des eben angegebenen Weges kann auch der erste chemisch vorbehandelte Ablauf der Kläranlage zugeführt werden, in der die Tren nung der flüssigen von der festen Phase erfolgt. Geht man von dem gleichen Schlamm aus und belässt man im ersten Ablauf 20 % der Feststoffe, dann erhält man im Endergebnis ebenfalls einen farb losen, klaren Ablauf, jedoch sind dann Mengen von Chemikalien notwendig,
die in der Grössenordnung von 3 %o des Ausgangsschlammes liegen.
Process for the dewatering of sludge from wastewater treatment, especially digested sludge The mechanical dewatering of industrial sludge by means of filter presses, suction cell filters, centrifuges and the like is known and essentially, depending on the method and means used,
can be carried out without considerable difficulties with considerable success. The use of these well-known methods and means for the dewatering of sewage sludge from domestic-urban wastewater or mixtures of domestic-urban wastewater with industrial wastewater has been a regular failure in practice, no matter how hard one tries to address the urgent problem of Removal of the sludge that occurs in clarifiers, or generally speaking, in mechanical or chemical-mechanical sewage treatment plants.
Fresh sludge from domestic urban sewage is disgusting in its entire appearance, smells sweetly fecal, has a slimy consistency, contains 95% or more water due to the colloid content and, if left standing for a long time, turns into putrefaction as a result of bacterial degradation of carbohydrates and proteins.
On average, around one liter of fresh sludge is produced per person and day, so that in a city with 50,000 inhabitants, you can expect around 50 cbm per day or 18,250 cbm per year of fresh sludge, which has to be removed if it is should not represent a constant nuisance to local residents.
The full dewatering of the sewage sludge with its considerable water content would lead to a low amount of solids, which would be relatively easy to handle. The efforts to drainage are therefore understandable, but z. B. with conventional filter presses that work with 6-8 atmospheres to reduce the water content of fresh sludge from a maximum of 95% to 85% and with conventional centrifuges to 70-75%.
However, these machines do not achieve a satisfactory performance, because the filter cloths of filter presses, the openings of centrifuges, etc. become slimy and clogged. However, it requires considerable work and money to clean them.
The water flowing out of the known mechanical devices is also very dirty. His oxygen consumption and organic pollution are so high
that in this state it can be handed over to the receiving water at night. Attempts at cleaning were unsuccessful, so that ultimately all of the above-mentioned procedures failed due to this quality of the process.
If one does not have the possibility of shipping and unloading into the sea, of burning, of undercutting in sludge ponds, of composting and the like, one chooses the dewatering of the fresh sludge on sludge beds and the sludge digestion process, in particular with the extraction of gas and fertilizer in lazy vacate.
The choice of the latter method is a question of the space available and the cost to be borne by a city.
The digestion leads part of the original organic substance to mineralization. However, this reaction cannot be carried out to the end in the digestion towers because the digestion period and thus the digester space to be built is limited for economic reasons.
The digested sludge therefore still contains considerable amounts of organic substances and shows a high consumption of oxygen. This applies to both its Fe, Stan content and the liquid phase, which is estimated at about 88%.
Its preparation therefore presents the same difficulties as that of the fresh sludge mentioned above. Here too, technically satisfactory drainage has not been achieved in practice using the known means.
The difficulty lies again in the very poor quality of the liquid process.
A few years ago it was believed that the application of the vibration principles in sewage technology could solve the problem of sludge dewatering and achieve considerable technical and economic advantages.
Attempts were made to thicken fresh and digested sludge with the aid of several vectorially oscillating sieves and then to continue dewatering using a squeezer made up of rotating rollers.
It was believed that the colloidal water compounds could be destroyed with the help of vibrations to such an extent that the sludge releases the residual water at will when it is pressed, after which it can easily be further processed by briquetting, hot fermentation to prepare the humus or other methods.
It remains to be seen whether and to what extent the sludge can be dewatered by the action of vibrations and the subsequent compression. What is certain is that the cell and capillary water with its dissolved constituents and its high oxygen consumption is brought into the drain and this drain is of extremely poor quality, e.g.
Z. cannot be processed. Being drained into cleaning systems or into the receiving water loads them so considerably that this new attempt, like all previous processes, fails with the drainage or filtrate, as it is also known.
The problem that has been pending for decades is solved according to the present invention and the disadvantages of the known dewatering process avoided in that the sludge is mechanically divided into a moist solid fraction and a liquid fraction and the liquid fraction is then subjected to a treatment with precipitation means and that finally the precipitated solids are separated from the remaining liquid
will.
For the mechanical separation of the solid phase and liquid phase of the sludge, despite extensive dewatering of the solid fraction to be recovered, the use of mechanical separation methods that ensure that the solid fraction in the drain is as low as possible is desirable,
so that it does not additionally hinder the colloid reaction recognized by the inventor in the subsequent treatment and ultimately question the dewatering of sewage sludge at all.
For this reason, a sediment centrifuge is preferably used for this first stage, which allows only about 10 of the solids content of the sludge to be processed into the drain, whereas 50% and more were the rule with the otherwise usual methods and devices.
In the case of benign sludge, the chemical and subsequent mechanical treatment is not only applicable to a deliberately obtained drain with a low solids content, but also to a drain with a high solids content, as was the case with the previously common drainage methods of fresh, but especially lazy mud accrued. Of course, the use of chemicals is significantly higher here.
As organic precipitating agents for chemical treatment, it is expedient to use compounds which at the same time have the ability to exchange ions. Such are z. B. a) carboxy- or ozäthyl-methylcelluloses, cellulose glycolates as heteropolar colloids, b) sulfonated phenolic! He body of the type of syn thetic tannins, as z.
B. known as Tanigane.
c) Ion exchangers (e.g. permutite or higher silicates, plastics, etc.) can be used as inorganic precipitants. use such salts that contain a three-term heavy metal as the central atom, z. B. inorganic tanning agents (salts of trivalent chromium, aluminum, iron, etc.). Tetraquo-hexaquoferrichloride may be mentioned by name.
Finally, as precipitating agents, compounds can be used which are made up of both inorganic and organic components. Such are, for example, those which contain sugar molecules, amino groups, etc. in the chromium complex.
The use of these agents depends primarily on the solids content in the process and on economic efficiency. Efforts will be made to use the precipitating agents that are the cheapest way to safely: knock down the solids content in the drain.
The process chemically treated in this way is capable of sedimentation and can now be mechanically processed in the manner indicated, resulting in a process completely freed from solids and over 90-95% of its oxygen consumption eliminated. In this state it can be handed over to the receiving water.
The process, made sedimentable in the manner described, can also be returned to the sewage treatment plant, so that the separation of the liquid from the solid phase also takes place in a satisfactory manner without the sewage treatment plant experiencing an increased load.
The success of the process is surprising, because it is possible to solve the problem of sludge dewatering, which has been open for decades, with an expenditure of chemicals which is in the order of magnitude of 1% of the initial sludge.
If you were to treat the starting sludge with the same amount of chemicals, you would have no success at all; If the addition of chemicals is increased, the solution to the problem fails not only because of the high costs of the chemicals, but also because of the doughy sludge mass created by the addition of chemicals, which can just about be dewatered with filter presses and, in turn, high costs for cleaning the filter press parts , especially the filter cloths.
In addition, the drainage from the filter press and the washing water that was used for cleaning can also be annoying with the ingredients.
The method according to the invention is explained in more detail in the following using an exemplary embodiment. The figures are rounded off.
It is assumed that the sludge is digested and contains the following parts
EMI0003.0009
84.0 <SEP> parts of <SEP> water
<tb> 0.5 <SEP> parts <SEP> dissolved <SEP> substances
<tb> 13.5 <SEP> parts <SEP> solids
<tb> 2.0 <SEP> parts <SEP> organic <SEP> colloids The sludge was subjected to mechanical treatment in a sediment centrifuge.
EMI0003.0012
<SEP> accumulates <SEP> <SEP>: <SEP> a) <SEP> a <SEP> dry sludge <SEP> with <SEP> 6 <SEP> parts <SEP> water <SEP> and <SEP> 8 <SEP> parts <SEP> solid substance <SEP>;
<tb> b) <SEP> a <SEP> black <SEP> sequence <SEP> with
<tb> 96.4 <SEP> parts <SEP> water
<tb> 0.6 <SEP> parts of <SEP> dissolved <SEP> substances
<tb> 1.1 <SEP> parts <SEP> solids
<tb> 1.9 <SEP> parts <SEP> organic <SEP> colloids This process shows, with over 12,000 mg / 1 KMn04 value, a reduction compared to the starting sludge (with 168,000 mg / 1 KMnO .. value) Number by approx. 93%.
The absolute value, however, still remains at an unacceptable level for the floodlight.
The dry sludge can be used as a fertilizer after the usual treatment. The chemical additives mentioned at the outset are now added to the black drain in accordance with the discharge energy required by the colloids and / or the degree of decomposition of the sludge. The amount of chemicals is of the order of 1% of the starting sludge. There arises a second sludge, which is mechanically, e.
B. is separated by means of a sedimentation centrifuge, and a clear process. This second sludge is added to the first dry sludge. The second process obtained can now be handed over to the receiving water: r because it is completely clear and only contains approx. 400 mg / 1 KMnO. Values, i.e. 0.24% of the initial sludge.
In a modification of the route just given, the first chemically pretreated drain can also be fed to the sewage treatment plant, in which the liquid is separated from the solid phase. If you start with the same sludge and leave 20% of the solids in the first drain, the end result is also a colorless, clear drain, but quantities of chemicals are then necessary.
which are in the order of 3% o of the starting sludge.