DE3875362T2

DE3875362T2 - Verfahren fuer die klaerschlammbehandlung.

Info

Publication number: DE3875362T2
Application number: DE8888301689T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey C Burnham; John Patrick Nicholson
Original assignee: N Viro Energy Systems Ltd
Current assignee: N Viro Energy Systems Ltd
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2008-02-27
Also published as: DK94588A; ES2034190T3; NO880772L; AU610563B2; MX165202B; GR3006062T3; EP0283153B1; NO176794C; CN88101683A; AU1233588A; IE880530L; CN1023393C; DK94588D0; JP2730727B2; USRE38238E1; DK169066B1; NO880772D0; EP0283153A1; DE3875362D1; NO176794B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln von Abwasser- bzw. Klärschlamm, das dazu dient, den Schlamm zu dekontaminieren, so daß dieser sicher als Dünger auf landwirtschaftliche Böden aufgebracht werden kann.

Hintergrund der Erfindung

Die Römer benutzten Kalk, um menschliche Abfälle zu desinfizieren und von Geruch zu befreien. Diese Verwendung lief durch die gesamte Entwicklung der Zivilisation weiter. Jedoch wurde vor der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Kalk für die Behandlung von Klärschlamm streng begrenzt durch Regierungsvorschriften, so der Umweltschutzbehörde der Vereinigten Staaten (United States Environmental Protection Agency - EPA).
Die EPA hat Regeln herausgegeben, die die Art der Verfahren behandeln, die für die Behandlung von Klärschlamm verwendet werden können.
Gemäß 40 CFR 257 muß ein Verfahren zur weiteren Verringerung von pathogenen Keimen (Prozess to Further Reduce Pathogens - PFRP) (siehe Seiten 5, 6) verwendet werden, wo Klärschlamm oder peptische Tankfüllungen auf Böden aufgebracht oder in den Boden eingebracht werden und Getreide für den menschlichen Verbrauch auf solchen Böden innerhalb von achtzehn (18) Monaten nach einem Aufbringen oder Einbringen wachsen sollen.
Ein Verfahren zur signifikanten Reduzierung von pathogenen Keimen (Significantly Reduce Pathogens - PSRP) (siehe Seite 5) muß verwendet werden, wo Klärschlamm oder septische Tankfüllungen auf Böden aufgebracht oder in den Boden eingebracht werden und wo Publikum Zugang zu einem solchen Land innerhalb von zwölf (12) Monaten nach dem Aufbringen oder Einbringen hat, oder grasende Tiere, deren Produkte von Menschen verzehrt werden, Zugang zu solchem Land innerhalb eines (1) Monats nach dem Aufbringen oder Einbringen haben.
Der Anhang II von 40 CSF 257 klassifiziert die folgenden Verfahren als PSRP- und PFRP-Verfahren:

A. Verfahren zum signifikanten Reduzieren von Pathogenen

Aerobisches Digerieren: Das Verfahren wird durchgeführt, indem Klärschlamm mit Luft oder Sauerstoff behandelt wird, um aerobische Bedingungen bei Lagerzeiten von 60 Tagen bei 15ºC bis 40 Tagen bei 20ºC mit einer Eindickung auf zumindest 38% Feststoffe zu erhalten.
Lufttrocknung: Flüssiger Schlamm kann entwässert und/oder getrocknet werden auf unterirdischen entwässerten Sandbetten oder gepflasterten oder ungepflasterten Bassins, in denen der Schlamm mit einer Tiefe von 9 Zoll steht. Ein Minimum von drei Monaten ist erforderlich, wobei während zweier Monate die Durchschnittstemperatur über den Tag oberhalb 0ºC liegen muß.
Anaerobisches Digerieren: Das Verfahren wird in Abwesenheit von Luft durchgeführt bei Lagerzeiten, die von 60 Tagen bei 20ºC bis 15 Tagen bei 35ºC bis 55ºC reichen, mit einer Eindickung auf zumindest 38% Feststoffe.
Kompostieren: Bei Verwenden des behälterinternen Kompostierverfahrens, des Verfahrens mit atmosphärisch belüfteten Haufen oder des Schwadenkompostierverfahrens wird der feste Abfall bei minimalen Betriebsbedingungen von 40ºC über fünf Tage gehalten. Für vier Stunden überschreitet während dieser Periode die Temperatur 55ºC.
Kalkstabilisierung: Es wird ausreichend Kalk hinzugefügt, um einen pH von 12 nach zwei Stunden des Kontaktes zu erzeugen.
Andere Verfahren: Andere Verfahren oder Betriebsbedingungen können akzeptabel sein, wenn Pathogene und die Anfälligkeit des Klärschlammes gegen Krankheitserreger (flüchtige Feststoffe) auf einen Betrag reduziert werden, der äquivalent der Reduzierung ist, die durch eines der obigen Verfahren erreicht wird.

B. Verfahren zur weiteren Reduzierung von Pathogenen

Kompostieren: Bei Verwendung des behälterinternen Kompostierverfahrens wird der feste Abfall bei Betriebsbedingungen von 55ºC oder mehr über drei Tage gehalten. Bei der Verwendung des Kompostierfahrens mit atmosphärisch belüfteten Haufen wird der feste Abfall bei Betriebsbedingungen von 55ºC oder mehr über drei Tage gehalten. Bei der Verwendung des Kompostierverfahrens mit Schwadenbelüftung erreicht der feste Abfall eine Temperatur von 55ºC oder mehr über zumindest 15 Tage während der Kompostierperiode. Während der Hochtemperaturperiode werden die Schwaden zumindest fünfmal gewendet.
Wärmetrocknung: Entwässerter Schlammkuchen wird durch direkten oder indirekten Kontakt mit heißen Gasen getrocknet, und der Feuchtigkeitsgehalt wird auf 10% oder weniger reduziert. Schlammpartikel erreichen Temperaturen gut über 80ºC, oder die Temperatur am Verdunstungsthermometer des in Kontakt mit dem Schlamm befindlichen Gasstromes am Punkt, wo dieser den Trockner verläßt, ist oberhalb von 80ºC.
Wärmebehandlung: Flüssiger Schlamm wird auf Temperaturen von 180ºC für 30 Minuten aufgeheizt.
Thermophiles aerobisches Digerieren:
Flüssiger Schlamm wird mit Luft oder Sauerstoff behandelt, um aerobische Bedingungen bei Lagerzeiten von 10 Tagen bei 550 bis 60ºC zu erhalten mit einer Eindickung auf mindestens 38% Feststoffe.
Andere Verfahren: Andere Verfahren von Betriebsbedingungen können akzeptabel sein, wenn Pathogene oder die Anfälligkeit des Schlammes gegen Krankheitsüberträger(flüchtige Feststoffe) auf ein Ausmaß reduziert werden, das äquivalent der Reduzierung ist, die durch eines der oben genannten Verfahren erreicht wird.
Jeder der unten aufgeführten Verfahren, sofern zusätzlich zu den oben im Abschnitt A beschriebenen Prozessen angewendet, reduziert weiterhin die Pathogene. Da die unten aufgelisteten Verfahren an sich die Anfälligkeit von Krankheitserregern nicht reduzieren, dürfen sie nur als Zusatzverfahren verwendet werden.
Bestrahlung mit Betastrahlen: Schlamm wird mit Betastrahlen aus einem Beschleuniger mit Dosen von mindestens 1,0 Megarad bei Raumtemperatur (ca. 20ºC) bestrahlt.
Bestrahlung mit Gammastrahlen: Schlamm wird mit Gammastrahlen verschiedener Isotope, z. B. 60 Kobalt und 137 Cäsium mit Dosen von zumindest 1,0 Megarad bei Raumtemperatur (ca. 20ºC) bestrahlt.
Pasteurisierung: Schlamm wird für zumindest 30 Minuten auf einer Mindesttemperatur von 70ºC gehalten.
Andere Verfahren: Andere Verfahren der Betriebsbedingungen können akzeptabel sein, wenn die Pathogene auf ein Ausmaß reduziert werden, das äquivalent der Reduzierung ist, die mit einem der oben genannten zusätzlichen Verfahren ist.
Vor der Erfindung wurden viele Einwände erhoben hinsichtlich des Langzeit-Desinfektionsvermögens und Stabilisationsvermögens der Kalkbehandlung. Farrel et al erklärten in "Lime Stabilization of Primary Sludges", Journal of Water Pollution Control Fed. 46, 13. Januar 1974, veröffentlicht von USEPA: "Kalkstabilisierung macht Schlämme chemisch nicht stabil. Der pH fällt eventuell ab und überlebende Bakterien können zurückkehren, wenn die Bedingungen günstig sind.... höhere Organismen, wie z. B. Ascaris überleben eine kurzzeitige Aussetzung auf einen pH von 11,5 und möglicherweise eine langzeitige Aussetzung."
Im Januar 1979 veröffentlichte die EPA ein Klärschlamm- Handbuch (EPA 625/1-79-001) mit dem Titel "Process Design Manual for Sludge Treatment and Disposal" (Verfahrenshandbuch für die Schlammbehandlung und Entsorgung), in dem festgestellt wird:
"Kalkstabilisierung ist ein sehr einfaches Verfahren. Der Hauptvorteil gegenüber anderen Stabilisierungsverfahren sind die niedrigen Kosten und der einfache Betrieb . . . Hinzufügen von Kalk macht Schlämme chemisch nicht stabil; wenn der pH unter 11,0 fällt, setzt biologische Dekomposition erneut ein, wobei äußerst unangenehme Gerüche erzeugt werden. Ferner wird die Menge des Schlammes für die Entsorgung nicht reduziert, wie es mit anderen biologischen Stabilisierungsverfahren der Fall ist. Im Gegenteil, es wird die Menge von trocknem Schlamm durch den hinzugefügten Kalk und durch die chemischen Fällungsprodukte, die aus dem Hinzufügen resultieren, erhöht. Wegen des erhöhten Volumens sind daher die Kosten für den Transport und die Entsorgung oftmals für stabilisierte Schlämme größer als für Schlämme, die durch andere Verfahren stabilisiert wurden . . . Quantitative Beobachtung mit einem Mikroskop hat ein erhebliches Überleben höherer Organismen gezeigt, so z. B. Hakenwürmer, amöbischen Zysten und Ascaris-Eiern nach einer Kontaktzeit von 24 Stunden bei hohem pH."
Reimers, Englande et al (EPA 600/2-81-166) berichteten Folgendes:
"Die Anwendung von Kalk bei primär aerobisch behandeltem und anaerobisch behandeltem Schlamm brachte eine mehr als 80%ige Reduzierung der Lebensfähigkeit von Ascaris in fünf Tagen nach aerobischem Digerieren mit sich bei einer Kalkdosierung von ungefähr 1000 Milligramm pro Gramm von Schlammfeststoffen (ein Teil Kalk auf ein Teil Schlammfeststoffe) ... Im Falle von bei 35ºC aerob digeriertem Schlamm war kein offensichtlicher Effekt des Kalkes auf die Lebensfähigkeit von Ascaris-Eiern zu beobachten bei Dosen bis 3000 Milligramm Kalk pro Gramm von trocknen Schlammfeststoffen unter aeroben Bedingungen, über eine Dauer von 20 Tagen. Jedoch wurde unter aerobischen Bedingungen eine 98%ige Reduzierung von lebensfähigen Eiern von Ascaris innerhalb einer Stunde bei Dosen größer als 1000 Milligramm Kalk pro Gramm von trocknen Schlammfeststoffen beobachtet, jedoch wurde lediglich eine 77%ige Reduzierung lebensfähiger Eier bei einer Dose von 100 Milligramm Kalk pro Gramm trockner Schlammfeststoffe nach 20 Tagen beobachtet. Eine Erklärung für diese Unterschiede ist noch nicht vorhanden."
Im Juli 1984 veröffentlichten die Sandia National Laboratories einen Bericht mit dem Titel "Pathogene im Schlamm, Auftreten, Desaktivierung und Möglichkeiten des erneuten Wachstums" ("Pathogens in Sludge Occurrence, Inactiviation and Potential for Regrowth"), in dem festgestellt wird:
"Insgesamt wird die Wirkung von Kalk auf pathogene Viren im Schlamm durch hohe pH-Werte zerstört, obwohl es noch nicht gezeigt wurde, daß Viren im Schlamm selbst desaktiviert werden: Parasiteneier sind resistent gegen hohen pH und die meisten werden wahrscheinlich eine Kalkbehandlung überleben; Bakterien werden schnell desaktiviert bei pH 12, aber ihre Anzahl nimmt mit der Zeit zu, da der pH abfällt auf Werte, die wiederum für Bakterienwachstum günstig sind."
Im Oktober 1984 publizierte die EPA einen Bericht (EPA 625/10-84-003) mit dem Titel "Verwendung und Entsorgung von Gemeindeklärschlamm" ("Use and Disposal of Municipal Wastewater Sludge"), der die Basis für weitere Regeln war. Im Abschnitt 3 des Berichtes wird festgestellt:
"Wenn Getreide für den direkten menschlichen Verbrauch innerhalb von 18 Monaten nach einer Schlammbehandlung wachsen, muß Schlamm behandelt werden mit einem PFRP-Verfahren. Diese Verfahren stören pathogene Bakterien, Viren und Protozoen als auch Parasiten in den meisten Fällen, indem der Schlamm erhöhten Temperaturen über eine bestimmte Zeitdauer ausgesetzt wird."
Am 6. November 1985 gab die EPA ein Momorandum heraus über die Anwendung der Regeln von 40 CFR 257 hinsichtlich der Reduzierung von pathogenen Keimen in Verbindung mit dem Ausbringen von Klärschlamm oder septischen Tankfüllungen auflandwirtschaftliche Böden. Einer der Vorgaben für die Herausgabe des Memorandums war, Verfahren herauszustellen, um besser bestimmen zu können, ob andere als die in den Regeln (40 CFR 257) aufgelisteten Verfahren als PFRP-Verfahren eingestuft werden können. Um ein Verfahren als ein PSRP-Verfahren einzustufen, muß man zeigen, daß das Verfahren lebende Viren um eine log-Einheit und die Dichte von pathogenen Bakterien um mindestens zwei log-Einheiten und außerdem die Anziehung für Krankheitsüberträger reduziert, so daß diese, wie Fliegen oder Ratten, nicht von dem Schlamm angezogen werden. Um ein neues Verfahren als PFRP-Verfahren einzustufen, muß man die Reduzierung von pathogenen Bakterien, lebenden Viren und Parasiten "unter die Nachweisgrenze" von einer (1) schichtbildenden Einheit (PFU) pro 100 Milliliter des Schlamms für lebende Viren nachweisen, von drei (3) koloniebildenden Einheiten (CFU) pro 100 Milliliter Schlamm für pathogene Bakterien (Salmonella sp.) und von einem (1) lebensfähigen Ei pro 100 Milliliter Schlamm für Parasiten (Ascaris sp.). Ebenso muß die Anfälligkeit für Krankheitsüberträger für ein PFRP-Verfahren reduziert werden.
Wenn lediglich eine Desinfektion nach einem PSRP-Verfahren verwendet wird, wird das Aufbringen als Dünger auf den Boden durch EPA Beschränkungen reguliert (es darf nicht verwendet werden bei Hackfrüchten: "40 CFR 257"). Wenn das Verfahren das Kriterium eines PRFP-Verfahrens erreicht, werden diese Beschränkungen eliminiert ("40 CFR 257").
In US-A-4 554 002 ist gezeigt, daß Ofenstaub verwendet werden kann, um pathogene Keime zu reduzieren und Klärschlamm zu trocknen, bevor dieser auf Böden ausgebracht wird.
Roediger beschreibt in der US-A-4 270 279 ein Verfahren zum Trocknen und Sterilisieren von Klärschlamm, wobei blattförmiger Klärschlamm in kugelförmige Schlammpartikel umgeformt wird und deren äußere Oberfläche mit Ätzkalk bestäubt wird. Diese Technik verwendet exotherme Wärme, die aus der Reaktion des hinzugefügten Wassers mit dem Ätzkalk erzeugt wurde, um den Schlamm zu sterilieren. Diese Hitzesterilisation ist typisch für die traditionellen oben erwähnten PFRP-Verfahren. Bis heute hat die EPA einem Gesuch zur Anerkennung dieser Technik als ein PSRP-Verfahren nicht zugestimmt. Darüberhinaus gibt es Probleme bei diesem Verfahren. Wenn dieses Verfahren den Klärschlamm wirklich sterilisiert, tötet es auch alle Lebensformen in dem Schlamm ab, seien es pathogene oder nützliche nichtpathogene Mikroorganismen. Im Gegensatz hierzu wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Schlamm dekontaminiert und pathogene Keime auf ein Niveau unterhalb dem PFRP-Standard abgetötet, jedoch werden nicht alle nichtpathogenen Mikroorganismen in dem Schlamm eliminiert.
In der DE-A-2 800 915 ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Stoffes beschrieben, bei dem Kalziumoxid mit entwässertem Klärschlamm gemischt wird. Da jedoch Kalziumoxid ein alkalisches Material mit begrenzter Oberfläche ist, ist die systembedingte Trocknungsfähigkeit der Kombination beschränkt, wobei zusätzlich das daraus resultierende Produkt schwierig zu handhaben ist.
Die vorliegende Erfindung wird durch die beiliegenden Patentansprüche definiert. In Übereinstimmung hiermit wird ein alkalisches Material in ausreichender Menge mit dem Klärschlamm gemischt, um den pH-Wert auf 12 oder darüber für zumindest einen Tag anzuheben, wonach die resultierende Mischung getrocknet wird. Dieses Verfahren erzeugt ein Produkt, in dem die Lebensfähigkeit pathogener Keime auf ein Niveau reduziert-wird, das die USEPA-Kriterien für PFRF-Verfahren erfüllt oder sogar überschreitet.
Keine der oben erwähnten Entgegenhaltungen legt nahe, daß ein solches alkalisches Material in Verbindung mit einem Trocknungsprozeß verwendet werden könnte, um die Reduzierung von pathogenen Keimen im Klärschlamm in einer zu PRFP- Verfahren äquivalenten Weise zu erzeugen. Die Erfindung ist ein billiges Verfahren für die Behandlung von Klärschlamm, so daß dieser direkt auf landwirtschaftliche Böden als Dünger für Getreide zum direkten menschlichen Verbrauch aufgebracht werden kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt Kurven des Feststoffanteiles des Schlammes in Prozent über die Behandlungstage.
Fig. 2 zeigt Kurven des pH-Wertes des Schlammes über die Behandlungstage.
Fig. 3 zeigt Kurven der log-Anzahl von fäkalen Coliarten pro Schlammgewicht über die Behandlungstage.
Fig. 4 zeigt Kurven der log-Anzahl von fäkalen Streptokokken pro Schlammgewicht über die Behandlungstage.
Fig. 5 zeigt Kurven der log-Anzahl von Salmonella enteritides typhimurium pro Gewicht des gesamten Schlammes über die Behandlungstage.
Fig. 6 zeigt Kurven der log-Anzahl von Salmonella enteritides typhimurium pro Gewicht des behandelten Schlammes über die Behandlungstage.
Fig. 7 zeigt ein Balkendiagramm der log-Anzahl von Enteroviren pro Schlammgewicht über die Behandlungstage.
Fig. 8 zeigt Kurven der Anzahl von lebenden Ascaris-Eiern pro Gewicht des gesamten Schlammes über Behandlungswochen.
Fig. 9 zeigt Kurven der Anzahl von lebensfähigen Ascaris- Eiern pro Gewicht des behandelten Schlammes über die Behandlungswochen.
Fig. 10 zeigt ein Balkendiagramm des relativen Schlammgeruches nach zwei Behandlungswochen.

Beschreibung

Im Grunde besteht das Verfahren der Erfindung darin, den Schlamm mechanisch zu entwässern, den Klärschlamm chemisch mit einer Menge eines alkalischen Materiales zu stabilisieren, so mit Zementofenmehl oder Kalkofenmehl bzw. Mischungen daraus, ausreichend, um einen pH von 12 oder darüber für mindestens einen Tag und vorzugsweise zwei Tage zu halten, und dann den Schlamm z. B. mit einer "Brown Bear" Belüftungsanlage zu trocknen. Um eine Reduzierung von pathogenen Keimen nach den PRFP-Kriterien zu erreichen, wird der behandelte Schlamm belüftet, so daß der Schlamm mindestens 80 Gewichtsprozent (80%) Feststoffe und vorzugsweise 90 Gewichtsprozent (90%) Feststoffe aufweist. Das Produkt wird dann einer Luftbehandlung für ungefähr 10 Tage überlassen, nachdem der gewünschte Feststoffanteil erreicht ist. Die Trocknung und Behandlung der Mischung kann auch durch ein Schwadenverfahren erfolgen, durch ein Umwälzungsverfahren oder andere Verfahren mit erhöhter Luftzufuhr. Die Behandlungszeit oder Belüftungszeit ist abhängig von der Art der Speichermöglichkeit (mit Abdeckung, im Behälter oder offen), von dem Belüftungsverfahren, von der Mischungszusammensetzung und den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Zumischprodukte, der Qualität der Durchmischung, dem Prozentteil der Feststoffe des entwässerten Kuchens und der Art des Schlammes. Die chemisch stabilisierende Zumischung kann nach mechanischer Entwässerung hinzugefügt werden, wenn dieses gewünscht wird. Kalk, Zementofenmehl und Kalkofenmehl sind exzellente Flockungsmittel und können für die Konditionierung vor der mechanischen Entwässerung bei den meisten Einrichtungen nützlich sein.
Der Anteil des alkalischen Materials, das mit dem Schlamm vermischt wird, liegt bei etwa zehn Gewichtsprozent (10%) bis 200 Gewichtsprozent des trockenen Schlammes, abhängig von den oben erwähnten Variablen.
Das Hinzufügen von starke Wärme erzeugenden Materialien oder das Aufheizen des Schlammes und der Materialien kann verwendet werden, um die gesamte Menge der erforderlichen Zumischung zu reduzieren und/oder um die benötigte Behandlungszeit zu reduzieren. Das Hinzufügen von Ammoniakanhydrid und entweder Phosphorsäure oder Schwefelsäure zu dem chemisch stabilisierten Schlamm, der einen pH von 12 oder darüber hat, erzeugt ausreichende Wärme, um die pathogenen Keime auf ein Niveau zu reduzieren, das äquivalent zu PFRP- Verfahren ist, und erhöht gleichzeitig den Nährwert des Schlammes, wohingegen die Behandlungszeit und die natürlichen Trocknungserfordernisse reduziert werden. Zusätzlich zu chemisch erzeugter Wärme kann mechanisch oder elektrisch erzeugte Wärme verwendet werden, um die Mischung zu trocknen und zu behandeln.- Der Feststoffanteil, der bei der Zementherstellung erzeugt wird, ist primär Ofenstaub bzw. Ofenmehl. Dieses Mehl enthält eine Mischung von rohem Ofenbrand, teilweise ausgeglühtem Material, fein verteiltem Zementklinker und alkalischen und Alkali-Karbonaten und Sulfaten (üblicherweise Sulfaten). Es besteht ein wirtschaftlicher Wert darin, das Mehl dem Ofen wieder zuzuführen; wenn aber der Alkalianteil des wieder zugeführten Mehles zu hoch ist, um bei dem Klinkererzeugnis Spezifikationen zu erreichen, muß das Mehl ausrangiert werden. Bis zu ungefähr 15% der behandelten Rohmaterialien können als Mehl gesammelt werden und bei dieser Menge kann ungefähr die Hälfte einen ausreichend geringen Alkalianteil aufweisen, um wieder dem Ofen zugeführt zu werden. Der Rest wird üblicherweise als Abfall gelagert, der üblicherweise endgelagert wird und eine Belästigung und möglicherweise ein Risiko sein kann.
Typischerweise sind die hauptsächlichen, in Zementofenmehl gefundenen Oxide SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, Fe&sub3;O&sub3;, CaO, MgO, SO&sub3;, Na&sub2;O und K&sub2;O.
Der Feststoffanteil, der bei der Kalkherstellung erzeugt wird, ist primär Kalkschachtmehl. Dieses Mehl enthält eine Mischung von rohem Ofenbrand, teilweise ausgeglühtes Material, und fein verteiltes Material. Es hat keinen Wert, dieses Mehl dem Ofen wieder zu zuführen, da es zu fein ist und direkt durch den Abscheider hindurchgeht. Bis zu 15% des behandelten Rohmaterials kann als Mehl gesammelt werden. Es wird üblicherweise als Abfall gelagert, der dann ausrangiert wird und eine Belästigung und möglicherweise ein Risiko darstellt.
Typischerweise sind die hauptsächlich in dem Kalkschachtmehl gefundenen Oxide CaO, MgO, SO&sub3;, CO&sub2; und wirksamer Kalk.
Eine Kombination von Materialien kann verwendet werden, um ein möglichst ökonomisches System zu schaffen, indem z. B. Zementofenmehl oder Kalkofenmehl bzw. Mischungen hieraus verwendet werden, um eine chemische Stabilisierung zu erreichen, und indem Quellmittel, z. B. Schlackenpulver, Flugasche, Gips, Wirbelschichtrückstände, trockne Schwefelskrubber-Rückstände, Kalziumsulfatpulver und dergleichen hinzugefügt werden, um bei der Entwässerung unterstützend zu wirken. Kalk, Zementofenmehl oder Kalkofenmehl allein können nicht die gewünschten Ergebnisse der Reduzierung von pathogenen Keimen auf PFRP-Niveau erreichen, jedoch kann die Dekontamination, wenn diese Materialien in Kombination mit einem Trocknungsverfahren verwendet werden, PFRP-Niveau erreichen.
Das Verfahren reduziert drastisch den Geruch des Schlammes, selbst wenn der pH auf Werte unter 9 während der Behandlungsperiode fällt, und die Verwendung von Zumischungen als Quellmittel reduziert das Volumen des Schlammes für Lagerung oder Verwendung.
In einem Versuch wurde die Verwendung von Zementofenstaub (CKD) und Kalk für die Stabilisierung und Desinfizierung von Schlamm aus dem Gemeindeklärwerk von Toledo untersucht.
Insbesondere wurden Versuche durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Verfahren gemäß dieser Erfindung die Anforderungen erfüllen, um als Verfahren zum signifikanten Reduzieren von pathogenen Keimen (PSRP) und als Verfahren zur weiteren Reduzierung von pathogenen Keimen (PFRP) klassifiziert werden zu können. Wie oben angeführt, muß für eine PSRP- Klassifizierung der Anteil der fäkalen Bakterien und der gesamten Coliformen um zwei log-Einheiten und der Anteil der lebenden Viren um eine log-Einheit reduziert werden. Für eine PFRP-Klassifizierung müssen lebende Viren auf weniger als eine (1) schichtbildende Einheit (PFU) pro 100 Milliliter Schlamm, pathogene Bakterien (Salmonella) auf weniger als drei (3) koloniebildende Einheiten (CFU) pro 100 Milliliter des Schlammes und Parasiten (Helminthes- Eier - Ascaris) auf weniger als ein (l) lebendes Ei pro 100 Milliliter des Schlammes reduziert werden, wobei 100 Milliliter Schlamm äquivalent zu ungefähr fünf (5) Gramm trockener Feststoffe ist. (Wie in dem EPA Memorandum vom 6. November 1985 angegeben).
Fig. 1 ist ein Kurvendiagramm des prozentualen Feststoffanteils von gemischtem Schlamm, aufgetragen über die Behandlungstage, ohne jeden Zusatz, mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) Zementofenmehl (CKD) und mit zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk.
Wie in Fig. 1 dargestellt, erhöhte der Zusatz von zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk oder fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) Zementofenmehl (CKD) die Trocknungsrate des Schlammes, insbesondere in den ersten vier Behandlungswochen. Gemischter Schlamm ist eine Mischung von Primärschlamm und Sekundärschlamm (abfallbehandelt).
Fig. 2 ist ein Kurvendiagramm des pH von gemischtem Schlamm, aufgetragen über die Behandlungstage, ohne Zusatz, mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) Zementofenkalk (CKD) und mit zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk.
Fig. 2 zeigt, daß der pH des mit zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk behandelten Schlammes über die Versuchszeit nicht merklich abfiel und daß ein mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) Zementofenmehl behandelter Schlamm einen pH-Wert von 12,4 für einen (1) Tag beibehielt, bevor er langsam abfiel und die Kontrollwerte in etwa vier Wochen erreichte.
Fig. 3 zeigt ein Kurvendiagramm der log-Zahl von fäkalen Colibakterien bzw. Coliformen pro Gewicht des gemischten Schlammes, aufgetragen über die Behandlungstage, ohne Zusatz, mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) Zementofenmehl (CKD) und zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk. Fig. 3 zeigt, daß die fäkalen Coliformen, eine der üblichsten Typen von Indikatorbakterien, die für die Überwachung der Wasserqualität verwendet werden, in unbehandeltem Schlamm in ihrer Anzahl sich praktisch nicht änderten, unabhängig von dem Trocknungsgrad. Schlamm, der mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) Zementofenmehl behandelt wurde, zeigte jedoch eine schnelle Reduzierung um fünf (5) log- Einheiten der Coliformen in einem (1) Tag und zeigte sogar noch einen weiteren Abfall auf ein (1) Bakterium pro fünf (5) Gramm Schlammtrockengewicht in einer Woche. Der mit zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk behandelte Schlamm zeigte eine Reduzierung der Coliformen um sechs (6) log-Einheiten am ersten Tag. Es wurde ein gewisses Wiederanwachsen sowohl bei dem mit Kalk als auch mit Zementofenmehl behandelten Schlamm bis schließlich zu einer Population beobachtet, die zu 500 Bakterien pro fünf Gramm Schlammtrockengewicht gemessen wurde.
Fig. 4 zeigt ein Kurvendiagramm der log-Anzahl von fäkalen Streptokokken pro Gewicht des behandelten Schlammes, aufgetragen über die Behandlungstage, ohne Zusatz, mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) Zementofenmehl (CKD) und zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk.
Fig. 4 zeigt, daß die fäkalen Streptokokken sowohl bei den mit Kalk als auch mit Zementofenmehl behandelten Proben über zwei log-Einheiten absanken, aber anteilsmäßig über den Verlauf der Studie nicht weiter abfielen. Die Signifikanz dieser Beobachtung ist, daß Zementofenmehl und Kalk keine ausreichende inhärente Toxizität aufweisen, um alle Mikroorganismen abzutöten, und daß dieser Abtötungsprozeß lediglich einzelne mikrobiologische Populationen, so wie Salmonellen auswählte.
Fig. 5 ist ein Kurvendiagramm der log-Zahl von Salmonella enteritidis typhimurium pro Gewicht des gemischten Schlammes, aufgetragen über die Behandlungstage, ohne Zusatz, mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) Zementofenmehl und mit zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk.
Fig. 6 zeigt ein Kurvendiagramm der log-Zahl von Salmonella enteritidis typhimurium pro Gewichtsanteil ausgefaulten Schlammes bzw. Faulschlammes, aufgetragen über die Behandlungstage, ohne Zusatz, mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) Zementofenmehl (CKD) und mit zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk.
Das Hauptindikatorbakterium, das von der EPA bei dem Festsetzen von PFRP-Standards für die landwirtschaftliche Verwendung von Schlamm herangezogen wird, ist das pathogene Salmonella enteritidis typhimurium. Fig. 5 und 6 zeigen, daß nach einem anfänglichen Abfall von drei bis vier (3 bis 4) log-Einheiten innerhalb eines Tages der Salmonellenanteil in allen Proben wieder auf über 1000 Salmonellen pro fünf Gramm Schlammtrockengewicht anwuchs. Nur nach einer Kombination von Trocknung und pH-Entwicklung über mehr als vier (4) Wochen starben die Salmonellen bis auf ein Niveau ab, das mit PFRP-Verfahren vergleichbar ist. Die Werte für unbehandelte oder Kontroll-Salmonellenproben fielen über die achtzig (80) Tage nicht ab.
Fig. 7 ist ein Balkendiagramm der log-Zahl von Enteroviren pro Gewicht des gemischten Schlammes, aufgetragen über die Behandlungstage, ohne Zusatz, mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) Zementofenstaub (CKD) und mit zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk.
Das Enterovirus, Poliovirustyp I, wurde hinsichtlich des Überlebens gemessen durch eine Untersuchung nach lebenden Viren auf einem Gewebekulturrasen von Verozellen. Die Lebensfähigkeit der Viren nahm durch die Behandlung mit Zementofenstaub und Kalk innerhalb eines Tages bis auf ein Niveau ab, das mit PFRP-Prozessen vergleichbar ist, d. h. auf weniger als ein lebensfähiges Virus pro fünf (5) Gramm Schlammtrockengewicht, wie in Fig. 7 dargestellt. Der Anteil von Viren in der unbehandelten Schlammprobe nahm um fast zwei (2) log-Zahlen in einem Tag ab, und die gesamte Population starb in einer (1) Woche ab.
Fig. 8 zeigt ein Kurvendiagramm der Anzahl von lebensfähigen Ascaris- d. h. Spulwurmeiern pro Gewicht des gemischten Schlammes, aufgetragen über die Behandlungswochen, ohne Zusatz, mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) und fünfunddreißig Gewichtsprozent (35%) Zementofenstaub (CKD) und mit zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk.
Fig. 9 zeigt ein Kurvendiagramm für die Anzahl von lebensfähigen Ascariseiern pro Gewicht des Faulschlammes, aufgetragen über die Behandlungswochen, ohne Zusatz, mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) und fünfunddreißig Gewichtsprozent (35%) Zementofenstaub (CKD) und mit zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk. Bei anderen Behandlungsverfahren zur Stabilisierung von Klärwasserschlamm war die Lebensfähigkeit der Helmintheseier die größte auftretende Schwierigkeit und gewiß der von den EPA-Parametern, der am schwierigsten zu erfüllen war. Das Anfangsniveau der Ascariseier, die zum Schlamm hinzugefügt waren, lag bei 16000 pro fünf Gramm Schlammtrockengewicht. Die Wiederkehr nach dem Verfahren, um die Lebensfähigkeit von diesen Eiern zu messen, rangierte von ungefähr zwei Prozent (2%) in dem Faulschlamm bis zu ungefähr sechs Prozent (6%) in dem gemischten Schlamm. Die Lebensfähigkeit der wiedergekehrten Eier ist in Fig. 8 und 9 für gemischten bzw. digerierten, d. h. Faulschlamm gezeigt. Die Lebensfähigkeit dieser Eier fiel auf PFRP-Niveau von einem (1) lebendem Ei pro fünf Gramm Schlammtrockengewicht bei dem mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) und fünfunddreißig Gewichtsprozent (35%) Zementkalkofenstaub und dem mit zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk behandelten gemischten Schlamm bzw. Faulschlamm erst nach sechs (6) Wochen Inkubation ab.
Die Reduzierung von pathogenen Keimen, die in dem Schlamm als Ergebnis des Zusatzes von Zementofenstaub oder Kalk auftritt, scheint auf die Proben beschränkt zu sein, bei denen anfangs ein pH von 11,5 erreicht wird, gefolgt von einer synergistischen Verbindung zwischen erhöhtem pH und Trocknung. Diese Ansicht wird durch die folgenden Fakten unterstützt:
a) Die Proben ohne hohen pH jedoch mit signifikanter Trocknung ließen keinen signifikanten Anfall bei den Mikroorganismen erkennen)
b) die Proben, so der mit wiederum fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) Zementofenmehl behandelte gemischte Schlamm, zeigten einen anfangs hohen pH-Wert, aber ein anschließendes niedrigeres pH-Plateau und zeigten ein Abtöten der Ascariseier, das sich mit nahezu logarithmischen Raten fortsetzte;
c) je länger der pH oberhalb 9,5 verblieb, so wie in den mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) und fünfunddreißig Gewichtsprozent (35%) Zementofenmehl behandelten Proben, desto größer waren die Abtötungsergebnisse bei den Ascariseiern;
d) wie in der Kurve für die mit fünf Gewichtsprozent (5%) Kalk behandelten Proben gezeigt, die an sich einen höheren pH aufweisen, wurde ohne erhöhte Trocknung eine Verzögerung bei der Abtötung der Ascariseier beobachtet.
Fig. 10 zeigt ein Balkendiagramm für den relativ empfundenen Schlammgeruch nach zwei Wochen für Faulschlamm und für gemischten Schlamm, ohne Zusatz, mit fünfzehn Gewichtsprozent (15%), fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) und fünfunddreißig Gewichtsprozent (35%) Zementofenstaub und mit fünf Gewichtsprozent (5%) und zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk.
Wie in Fig. 10 dargestellt, hat die Zugabe von Zementofenstaub oder Kalk tatsächlich einen Effekt auf den Geruch des Schlammes. Während jedoch die Behandlung mit Zementofenstaub und Kalk den Geruch des Schlammes verbesserte, wurde lediglich bei dem mit fünfunddreißig Gewichtsprozent (35%) Zementofenmehl behandelten Schlamm der Geruch auf ein Niveau reduziert, das in einem geschlossenen Raum als tolerabel betrachtet werden kann.
Es wurde auch festgestellt, daß die Zugabe von Zementofenstaub oder Kalk zum Schlamm einen Effekt auf die Handhabung des Schlammes hatte. Der mit fünfunddreißig Gewichtsprozent (35%) Zementofenstaub behandelte Schlamm hatte eine individuelle durchschnittliche Partikelgröße von zwei bis fünf (2 bis 5) Millimeter Durchmesser, so daß der behandelte Schlamm leicht zu handhaben war. Im Gegensatz hierzu enthielten die mit Kalk behandelten und die mit fünfzehn Gewichtsprozent (15%) und fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) Zementofenmehl behandelten Proben sämtlich sehr große Klumpen, deren Durchmesser durchschnittlich zwischen drei bis acht (3 bis 8) Zentimetern betrug, so daß der so behandelte Schlamm weniger leicht zu handhaben war.
Im Hinblick auf die Behandlungsverfahren von Schlamm mit Kalk und Ofenmehl wurden die folgenden Schlüsse gezogen:
1. Bei Schlamm, der mit Zementofenmehl oder Kalk behandelt wurde, wurden in allen getesteten Fällen die Anforderungen hinsichtlich der PSRP-Klassifizierung erreicht.
2. Die Behandlung von Schlamm mit Zementofenmehl erhöhte die Trocknungsrate des Schlammes insbesondere in den ersten vier (4) Behandlungswochen.
3. Mit Zementofenmehl behandelter Schlamm sinkt in seinem pH-Wert schneller als mit Kalk behandelter Schlamm.
4. Bakterielle pathogene Keime, so wie Salmonellen, werden auf PFRP-Niveau innerhalb von fünf (5) Wochen geführt, wenn der Schlamm mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) und fünfunddreißig Gewichtsprozent (35%) Zementofenstaub oder mit zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk behandelt wird.
5. Der Anteil von Enteroviren wurde auf PFRP-Niveau innerhalb eines Tages geführt, und zwar sowohl bei Schlamm, der mit Zementofenstaub als auch mit Kalk behandelt wurde.
6. Das Überleben von Ascariseiern wurde um mehr als drei (3) log-Einheiten bei höher dosierten Behandlungsmethoden innerhalb von vier (4) Wochen reduziert. Bei den mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) CKD, fünfunddreißig Gewichtsprozent (35%) CKD und zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk behandelten Schlammproben konnte gezeigt werden, daß das PFRP-Niveau (ein lebendes Ei pro fünf Gramm Schlammtrockengewicht) innerhalb von sechsundvierzig (46) Tagen erreicht wurde. Die Probe, die fünfzehn Gewichtsprozent (15%) CKD in dem gemischten Schlamm enthielt, erreichte nicht den PFRP-Standard, wohingegen die Probe mit fünfzehn Gewichtsprozent (15%) CKD bei Faulschlamm diesen Standard erreichte.
7. Sowohl Behandlung mit CKD als auch mit Kalk reduzierte den Schlammgeruch. Lediglich die Behandlung mit fünfunddreißig Gewichtsprozent (35%) CKD reduzierte den Geruch auf ein geringes Niveau.
8. Die Trocknung war an sich nicht ausreichend, um Mikroorganismen im Schlamm abzutöten.
9. Erneutes Wachstum von pathogenen Keimen (Salmonellen) wurde effektiv über die Dauer der Versuche von achtzig (80) Tagen verhindert.
10. Alle EPA-PFRP-Standards wurden nach sechs (6) Wochen Inkubation bei den Schlammproben erreicht, die mit fünfundzwanzig Gewichtsprozent (25%) CKD, fünfunddreißig Gewichtsprozent (35%) CKD und zehn Gewichtsprozent (10%) Kalk behandelt wurden.
Im Hinblick auf die drei PFRP-Standards wurden die folgenden Ergebnisse bei mehr als sechs (6+) Wochen (46 Tage) erreicht: Schlamm Behandlung Salmonellen Standard Virus Ascaris Alle Gemischt Kontrolle Kalk Nein Ja Ausgefault Schlüssel: Nein - PFRP nicht erreicht Ja = PFRP erreicht (3) = Tag, an dem das Erreichen detektiert wurde ? = Ergebnisse nocht nicht vollständig * = Ergebnis aufgrund der Daten bei gemischtem Schlamm
Die Tests wurden mit den folgenden 12 Behandlungsgruppen durchgeführt:
Gemischt Ausgefault
1. Unbehandelt 7. Unbehandelt
2. 15% CKD 8. 15% CKD
3. 25% CKD 9. 25% CKD
4. 35% CKD 10. 35% CKD
5. 5% Kalk 11. 5% Kalk
6. 10% Kalk 12. 10% Kalk
Jede dieser Behandlungsgruppen (5000 Gramm Schlamm Behandlungsstoffe) war in einem 10 Liter Plastikgefäß enthalten. Diese wurde trocken bei 20ºC (68F) gehalten und zweimal wöchentlich durchmischt, um die Trocknung zu erleichtern. Proben wurden gezogen bei 0, 1, 7, 13, 27, 46 und 80 Tagen und wurden behandelt, um das Überlegen von pathogenen Keimen und Mikroorganismen zu bestimmen. Die Parameter, die bei jeder Probennahme bestimmt wurden, waren die wie folgt aufgelisteten:
Prozent Feststoffe pH
Volumen
fäkale Coliformenkeime
fäkale Streptokokkoen
Salmonella enteritidis typhimurium
Ascaris suum-Eier
menschliche Enteroviren (Polio Typ I-Impfkette).
Die Daten, aus denen die oben erwähnten Ergebnisse und die Fig. 1 bis 10 erhalten wurden, sind in den folgenden Tabellen zusammengefaßt. Tabelle I Gefäß Behandlung Feststoffe Volumen Virus Ascaris Eier Gemischt Kontrolle Kalk Ausgefault DWS = Schlammtrockengewicht; FC = fäkale coliforme Bakterien; FS = fäkale Streptokokkoen; Sal = Salmonella enteritidis thyphimurium: V Ascaris eggs = Ascaris suum-Eier; Virus = lebensfähige Enteroviren; Gemischt (COMB), Kontrolle = unbehandelter gemischter Schlamm; CKD/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Kalk; Ausgefault (DIG), Kontrolle = unbehandelter ausgefaulter Schlamm; CKD/DIG = ausgefaulter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/DIG = ausgefaulter Schlamm, mit Kalk behandelt. - Nach insgesamt 80 Tagen Tabelle II Gefäß Behandlung Feststoffe Volumen Virus Ascaris Eier Gemischt Kontrolle Kalk Ausgefault DWS = Schlammtrockengewicht; FC = fäkale coliforme Bakterien; FS = fäkale Streptokokkoen; Sal = Salmonella enteritidis thyphimurium: V Ascaris eggs = Ascaris suum-Eier; Virus = lebensfähige Enteroviren; Gemischt (COMB), Kontrolle = unbehandelter gemischter Schlamm; CKD/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Kalk; Ausgefault (DIG), Kontrolle = unbehandelter ausgefaulter Schlamm; CKD/DIG = ausgefaulter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/DIG = ausgefaulter Schlamm, mit Kalk behandelt. - Nach46 Tagen Tabelle III Gefäß Behandlung Feststoffe Volumen Virus Ascaris Eier Gemischt Kontrolle Kalk DWS = Schlammtrockengewicht; FC = fäkale coliforme Bakterien; FS = fäkale Streptokokkoen; Sal = Salmonella enteritidis thyphimurium: V Ascaris eggs = Ascaris suum-Eier; Virus = lebensfähige Enteroviren; Gemischt (COMB), Kontrolle = unbehandelter gemischter Schlamm; CKD/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Kalk; Ausgefault (DIG), Kontrolle = unbehandelter ausgefaulter Schlamm; CKD/DIG = ausgefaulter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/DIG = ausgefaulter Schlamm, mit Kalk behandelt. - Nach 35 Tagen Tabelle IV Gefäß Behandlung Feststoffe Volumen Virus Ascaris Eier Gemischt Kontrolle Kalk Ausgefault DWS = Schlammtrockengewicht; FC = fäkale coliforme Bakterien; FS = fäkale Streptokokkoen; Sal = Salmonella enteritidis thyphimurium: V Ascaris eggs = Ascaris suum-Eier; Virus = lebensfähige Enteroviren; Gemischt (COMB), Kontrolle = unbehandelter gemischter Schlamm; CKD/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Kalk; Ausgefault (DIG), Kontrolle = unbehandelter ausgefaulter Schlamm; CKD/DIG = ausgefaulter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/DIG = ausgefaulter Schlamm, mit Kalk behandelt. - Nach 27 Tagen Tabelle V Gefäß Behandlung Feststoffe Volumen Virus Ascaris Eier Gemischt Kontrolle Kalk Ausgefault DWS = Schlammtrockengewicht; FC = fäkale coliforme Bakterien; FS = fäkale Streptokokkoen; Sal = Salmonella enteritidis thyphimurium: V Ascaris eggs = Ascaris suum-Eier; Virus = lebensfähige Enteroviren; Gemischt (COMB), Kontrolle = unbehandelter gemischter Schlamm; CKD/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Kalk; Ausgefault (DIG), Kontrolle = unbehandelter ausgefaulter Schlamm; CKD/DIG = ausgefaulter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/DIG = ausgefaulter Schlamm, mit Kalk behandelt. - Nach 13 Tagen Tabelle VI Gefäß Behandlung Feststoffe Volumen Virus Ascaris Eier Gemischt Kontrolle Kalk Ausgefault DWS = Schlammtrockengewicht; FC = fäkale coliforme Bakterien; FS = fäkale Streptokokkoen; Sal = Salmonella enteritidis thyphimurium: V Ascaris eggs = Ascaris suum-Eier; Virus = lebensfähige Enteroviren; Gemischt (COMB), Kontrolle = unbehandelter gemischter Schlamm; CKD/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Kalk; Ausgefault (DIG), Kontrolle = unbehandelter ausgefaulter Schlamm; CKD/DIG = ausgefaulter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/DIG = ausgefaulter Schlamm, mit Kalk behandelt. - Nach 7 Tagen Tabelle VII Gefäß Behandlung Feststoffe Volumen Virus Ascaris Eier Gemischt Kontrolle Kalk Ausgefault DWS = Schlammtrockengewicht; FC = fäkale coliforme Bakterien; FS = fäkale Streptokokkoen; Sal = Salmonella enteritidis thyphimurium: V Ascaris eggs = Ascaris suum-Eier; Virus = lebensfähige Enteroviren; Gemischt (COMB), Kontrolle = unbehandelter gemischter Schlamm; CKD/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Kalk; Ausgefault (DIG), Kontrolle = unbehandelter ausgefaulter Schlamm; CKD/DIG = ausgefaulter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/DIG = ausgefaulter Schlamm, mit Kalk behandelt. - Nach einem Tag Tabelle VIII Gefäß Behandlung Feststoffe Volumen Virus Ascaris Eier Gemischt Kontrolle Kalk Ausgefault DWS = Schlammtrockengewicht; FC = fäkale coliforme Bakterien; FS = fäkale Streptokokkoen; Sal = Salmonella enteritidis thyphimurium: V Ascaris eggs = Ascaris suum-Eier; Virus = lebensfähige Enteroviren; Gemischt (COMB), Kontrolle = unbehandelter gemischter Schlamm; CKD/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/COMB = gemischter Schlamm, behandelt mit Kalk; Ausgefault (DIG), Kontrolle = unbehandelter ausgefaulter Schlamm; CKD/DIG = ausgefaulter Schlamm, behandelt mit Zementofenmehl; Kalk/DIG = ausgefaulter Schlamm, mit Kalk behandelt. - Nach 0 Tagen
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird optimiert, um optimale Ergebnisse zu erreichen, indem eine erhöhte alkalische Stabilisierung mit anschließender beschleunigter Trocknung verwendet wird.

Definitionen:

1. Alkalische Materialien. Zementofenmehl (CKD), Kalkofenmehl (LKD), Ätzkalkpulver, Kalkpulver oder gelöschter Kalk in den bevorzugten Formen, entsprechend Anhang
A. Alternativ können alkalische Materialien insgesamt oder teilweise ersetzt werden, wenn sie die unten aufgeführten Kriterien zeigen.
2. Erhöhte alkalische Stabilisierung mit nachfolgender beschleunigter Trocknung. Alternative #1: Ausreichende Zugabe von alkalischen Materialien, wie oben beschrieben, um folgende Spezifikationen zu erfüllen:
Die Menge der zugegebenen alkalischen Materialien ist ausreichend, um einen pH von größer als zwölf zu erreichen und den pH auf größer 12 für zumindest sieben (7) Tage zu halten. Eine ausreichende Durchmischung ist erforderlich, um in dem Schlammkuchen Hydrolyse zu erhalten. Der alkalisch stabilisierte Schlamm wird dann z. B. durch Belüftung für zumindest 30 Tage getrocknet, bis eine minimale Feststoffkonzentration von 65% erreicht wird. Die Menge der alkalischen Materialien ist ausreichend, daß die Feststoffe in dem Schlamm zumindest 60 Gewichtsprozent erreichen, bevor der pH unter 12,0 fällt.

Alternative #2:

Ausreichende Zugabe von alkalischen Materialien plus bestimmte Wärmezufuhr, wie oben beschrieben, um folgende Spezifikationen zu erreichen:
Die Menge der hinzugefügten alkalischen Materialien ist ausreichend, um einen pH von größer als 12 zu erreichen und einen pH von größer als 12 für zumindest 72 Stunden zu halten. Ausreichende Durchmischung ist erforderlich, um in dem Schlammkuchen Hydrolyse zu erreichen. Gleichzeitig wird der Schlamm bei diesem hohen pH auf eine Temperatur von zumindest ungefähr 50ºC aufgeheizt, aber nicht auf eine Temperatur, die für eine Sterilisierung ausreichend ist. Es wird ausreichend Wärme hinzugefügt, so daß der gelagerte Schlamm bei statischer Bedingung auf einer Temperatur von zumindest 50ºC für zumindest 12 Stunden gehalten wird. Die Temperaturerhöhung kann durch exotherme Reaktionen aus den alkalischen Materialien oder aus anderen Wärmeprozessen erhalten werden. Der stabilisierte Schlamm wird dann durch Belüften getrocknet, bis eine minimale Feststoffkonzentration von 50% erreicht wird.
Wenn die oben beschriebenen feinen alkalischen Materialien mit Schlamm gemischt oder diesem hinzugegeben werden, sichern sie nicht nur einen gleichmäßigen innigen Kontakt mit dem Schlamm, um so eine ungünstige biochemische Umgebung zu erhalten, sondern haben auch große spezifische Oberflächen, die eine sorptive Geruchskontrolle und beschleunigte Trocknungsraten ermöglichen. Das Verfahren reduziert die Attraktivität für Krankheitserreger und die pathogenen Keime unter erfaßbare Grenzen. Speziell wird mit dem Verfahren, d. h. erhöhter alkalischer Stabilisierung und nachfolgende beschleunigte Trocknung, ein Maximum von ungefähr 1 PFU (schichtbildende Einheit) von tierischen Viren pro 100 Milliliter Schlamm, 3 CFR (koloniebildenden Einheiten) von pathogenen Bakterien (Salmonellen) pro 100 Milliliter Schlamm erreicht, wenn der Schlamm etwa 5 Gramm Trockenfeststoffe pro 100 Milliliter aufweist.
Die pulverförmigen CKD, LKD und Kalk-Materialien (wie in Anhang A beschrieben) werden entweder in flüssigen Abwasserschlamm oder entwässerten Klärschlammkuchen eingemischt. Gleichmäßige und durchgemischte Zugaben werden durch mechanisches Mischen oder Mischen durch Belüftung (nasser Schlamm) oder durch mechanisches Mischen (entwässerter Schlamm) erhalten, um mit erhöhter alkalischer Stabilisierung behandelten Schlamm zu erzeugen. Wenn der resultierende Schlamm in Kuchenform ist, kann der unten beschriebene Lufttrocknungsprozeß direkt begonnen werden. Wenn jedoch der resultierende Schlamm noch flüssig ist, wird er entwässert, während der pH noch den Wert 12 übersteigt, indem konventionelle Eindick/Filterverfahren verwendet werden, und zwar auf Zwischenwerte der Feststoffe, so daß ein handzuhabendes Kuchenmaterial erzeugt wird, mit ungefähr 15 bis 50% Feststoffanteilen.
Die alkalischen Materialien werden in ausreichender Menge zugeführt, um eine Erhöhung des pH auf größer als 12 einzustellen; das Mischen sollte ausreichend kräftig sein, um Hydrolyse des Schlammes einzuleiten.

Alternative #1:

Der durch erhöhte Zugabe von alkalischem Material stabilisierte und entwässerte Schlammkuchen wird dann luftgetrocknet (während der pH oberhalb 12 für zumindest sieben Tage verbleibt), und zwar durch intermittierendes Wenden der Schwaden oder andere Trockenprozesse, für zumindest dreißig (30) Tage, bis der Anteil der Feststoffe ein Minimum von 65% erreicht und auf diesem Wert verbleibt. Die Menge der alkalischen Materialien ist ausreichend, um den pH oberhalb 12 zu halten, bis der Anteil der Feststoffe 60% übersteigt.

Alternative #2:

Der durch erhöhte Zugabe von alkalischen Materialien stabilisierte und entwässerte Schlammkuchen wird, während der pH 12 übersteigt, aufgeheizt, indem exotherme Reaktionen aus den alkalischen Materialien oder andere thermische Prozesse verwendet werden, um eine Temperatur von zumindest 50ºC in dem gesamten Schlamm zu erhalten, jedoch nicht auf eine für eine Sterilisierung ausreichende Temperatur aufgeheizt, und statisch so gespeichert, daß diese Temperatur für zumindest zwölf Stunden aufrechterhalten wird. Der wärmebehandelte, durch erhöhte Zugabe von alkalischen Materialien stabilisierte und entwässerte Schlammkuchen wird dann luftgetrocknet (wobei der pH oberhalb 12 für zumindest drei Tage verbleibt), indem die Schwaden intermittierend gewendet werden, bis der Feststoffanteil ein Minimum von 50% erreicht und auf diesem Wert verbleibt.
Das PFRP-Erzeugnis, das aus dem spezifizierten und oben beschriebenen Verfahren resultiert, kann letztlich über Marketing/Vertriebskanäle zur Anwendung in der Landwirtschaft oder als Deckmaterial verwendet werden.
Folgende Experimente wurden durchgeführt:

Experiment 1

Bei diesem Experiment wurden Proben von 5000 Gramm Schlamm aus Toledo gemischt mit 15%, 25% oder 35% Zementofenmehl oder 5% bzw. 10% Kalk. Die Mischung wurde bei 72ºF bei etwa 200 Feuchtigkeit über 60 Tage gehalten. Die Ergebnisse zeigten, daß das Trocknen von Schlamm mit CKD verbesserte wurde und daß PFRP-Kriterien für jeden mikrobiellen Standard mit 25% und 35% CKD und für 10% Kalk erreicht wurden. Der pH der Schlamm/CKD-Mischung blieb für drei Tage oberhalb 12. Die Geruchskontrolle bei dem mit 35% CKD behandelten Schlamm war besser als bei jeder anderen Behandlung und war recht zufriedenstellend. Die mikrobiellen Ergebnisse können wie folgt zusammengefaßt werden: (Die angegebenen Zahlen repräsentieren lebensfähige Anteile pro 5 Schlammtrockengewicht.) (Es trat kein erneutes Wachstum von pathogenen Keimen nach den aufgeführten Tagen auf.) Salmonella typhimurium Fäkale Coliformen Poliovirus Fäkale Streptokokken Askaris suum-Eier

Experiment 2

Bei diesem Experiment wurden Behandlungen im Labor und auf dem Feld von Schlamm aus Monroe, Michigan, mit 35% CKD verglichen. Die Feldschwaden wurden in 3 Sätzen von 10 Einheiten von jeweils 7 Tonnen angeordnet. Die Mikrobiologie wurde auf dem mittleren Satz der Schwaden durchgeführt, die jeweils zweimal pro Woche mit einem "Brown Bear" durchmischt wurden. Die mittlere Temperatur war etwa 45ºF, die Feuchtigkeit zeigte ein Mittel von ungefähr 65%. Die Trocknung auf dem Feld war gering, wobei die Feststoffanteile in 28 Tagen 54% und 72% erst nach 64 Tagen erreichten. Der pH der Schwaden verblieb oberhalb 12 für über 28 Tage. Nach 64 Tagen war der pH auf 10,6 gefallen. Die Geruchskontrolle war unmittelbar nach der CKD-Zugabe sehr gut. Die Mikrobiologie kann wie folgt zusammengefaßt werden: Salmonella typhimurium Fäkale Coliformen Poliovirus Fäkale Streptokokken Askaris suum-Eier

Experiment 3

Schlamm von drei Städten wurden separat getestet, wie unten beschrieben.
a. Des Moines, Iowa.
Gemeindeschlamm wurde mit 30% CKD gemischt. Nach Trocknen über 7 Tage -wurde ein Feststoffanteil von 65% erreicht, während der pH oberhalb 12 verblieb. Geruchskontrolle mit dem CKD war exzellent. Die Mikrobiologie kann wie folgt zusammengefaßt werden: Salmonella typhimurium Fäkale Coliformen Poliovirus Fäkale Streptokokken Askaris suum-Eier
b. Dupage Country, Illinois. Gemeindeschlamm wurde mit Kalkofenmehl mit 35% gemischt. Bei der Trocknung wurde ein Feststoffanteil von 63% in 2 Wochen und 85% in 5 Wochen erreicht. Der pH war auf 9,0 nach 2 Wochen und 7,2 nach 5 Wochen gefallen. Die Geruchskontrolle war nach 2 Wochen gut und exzellent nach 5 Wochen. Die Mikrobiologie kann wie folgt zusammengefaßt werden: Salmonella typhimurium Fäkale Coliformen Poliovirus Fäkale Streptokokken Askaris suum-Eier
c. Schlamm aus Toledo, behandelt in Sylvania Township, Ohio.
Ungefähr 550 Tonnen des Gemeindeschlammes von Toledo wurde mit 6% Kalkpulver in dem Klärwerk behandelt, wonach es nach Sylvania transportiert wurde, wo es mit 35% CKD und in Schwaden (8 Zoll breit, 3,5 Zoll hoch, 200 Zoll lang) dreimal die Woche mit einem "Brown Bear" durchmischt wurde. Die Wetterbedingungen waren feucht, die Sommertemperaturen lagen im Mittel bei 80ºF.
Durch die Trocknung wurde ein Feststoffanteil von 64% in 30 Tagen und 69% in 60 Tagen erreicht. Der pH verblieb oberhalb von 12 für über 60 Tage und fiel nur auf 11,2 nach 90 Tagen. Die Geruchskontrolle war anfänglich gut und sehr gut nach 30 Tagen. Die Mikrobiologie kann wie folgt zusammengefaßt werden: Salmonella typhimurium Fäkale Coliformen Poliovirus Fäkale Streptokokken Askaris suum-Eier

Experiment 4

Gemeindeschlamm aus Toledo wurde zu dem Medical College transportiert und dort mit "bag house" Ätzkalk und/oder CKD in folgenden Prozenten gemischt (25000 Gramm pro Kühlgefäß):
1. Kontrolle 0%; 2. 35% CKD
3. 6% Kalk + 35% CKD; 4. 10% Kalk + 35% CKD
5. Oberflächenanwendung 35% CKD
6. 20% Kalk.
Diesen Kombinationen lag die Absicht zugrunde, dies erreichten Temperaturen zu messen und zu bestimmen, ob Inkubationszeiten verkürzt werden können, um behandelten Schlamm zu erhalten, der die PFRP-Standards erreicht. Für die obigen Fälle waren die ermittelten maximalen Temperaturen wie folgt:
1 (25ºC); 2 (38ºC); 3 (46ºC); 4 (58ºC); 5 (25ºC); und 6 (87ºC).
Die maximalen Temperaturen der gekalkten Proben hätten bei optimalen Mischbedingungen höher sein können, da zusätzliches Mischen nach der Kalkzugabe die Temperaturen reduzierte. Beim Trocknen wurden gut 52% Feststoffanteile in den nur mit CKD behandelten Proben innerhalb von 14 Tagen erreicht; 64% wurden bei allen anderen überschritten. Der pH verblieb oberhalb von 12 über 24 Stunden bei der CKD Probe (#2) und verblieb oberhalb 12 für über 56 Tage bei allen anderen Proben. Die Geruchskontrolle war bei allen behandelten Proben gut. Die Mikrobiologie kann wie folgt zusammengefaßt werden: Salmonella typhimurium Fäkale Coliformen Poliovirus Keine Fäkale Streptokokken Askaris suum-Eier

Experiment 5

Bei diesem Experiment wurden 6% oder 8% "bag house" Ätzkalk zu dem Gemeindeschlamm von Toledo im Klärwerk hinzugefügt, wonach diese Mischung dann in Silos für mindestens 12 Stunden gelagert wurde. Die Temperaturen fielen nicht unter 52ºC bei der 6%-Kalkprobe bzw. unter 56ºC bei der 8%-Kalkprobe über die 12 Stunden. Nach dieser Lagerung wurde der mit Kalk versetzte Schlamm (ungefähr 50 Tonnen) in die Toledo Port Authority-Anlage transportiert, dort mit 35% CKD gemischt und anschließend zweimal wöchentlich mit dem "Brown Bear" durchmischt. Bei der Trocknung wurden gut 58% Feststoffanteile in 14 Tagen und 60% in 28 Tagen bei der 6%-Kalkmischung und 54% in 14 Tagen und 63% in 28 Tagen bei der 8%-Kalkmischung erreicht. Der pH der mit 6% Kalk behandelten Mischung lag oberhalb 12 für 66 Tage, bei der 8%-Kalkmischung oberhalb 12 für 28 Tage des Versuches. Die Geruchskontrolle war, sobald der 35% CKD Anteil eingemischt war, sehr gut. Um die Abtötungsleistung des zweistufigen Kalk/CKD-Prozesses adäquat zu testen, wurde ein Stoffbeutel, der Schlamm und die korrekte Behandlungsmischung (8% Kalk gefolgt von 35% CKD) enthielt, mit Ascaris-Eiern geimpft und direkt in den Inkubationssilo und die nachfolgenden Schwaden eingeführt. Die Mikrobiologie kann wie folgt zusammengefaßt werden: Salmonella typhimurium Fäkale Coliformen Poliovirus Keine Fäkale Streptokokken Askaris suum-Eier
Die obigen Resultate zeigen konkludent, daß das Behandlungsverfahren mit CKD oder Kalk/CKD in einem Zweistufenprozeß einen behandelten Gemeindeschlamm ergibt, der die PFRP- Kriterien erfüllt. Die spezielle Behandlung bestimmt die Prozeßzeit, die für den Schlamm notwendig ist (wenn mit 1 · 10 Salmonellen und 1 · 10 Ascaris-Eier geimpft), um PFRP-Niveau zu erreichen. Das Verfahren und die Verfahrenszeiten sind wie folgt:
1. Nur CKD - immer innerhalb von 46 Tagen
2. 6% Kalk + 35% CKD, keine Erwärmung - 30 Tage
3. 6% Kalk + 35% CKD mit 46ºC/12 Stunden - 3 Tage
4. 6% oder 8% Kalk + 35% CKD mit 52ºG/12 Stunden - 1 Tag.
Weitere Tests haben gezeigt, daß das Verfahren auch in einer Stabilisierung von Schwermetallen resultiert.

Anhang A

Materialspezifikationen

Ätzkalk:

Soll die Spezifikation für Ätzkalk erfüllen, wie sie in ASTM C 911 aufgeführt sind. Zumindest 75% des Materials soll ein #100 Sieb passieren.

Gelöschter Kalk:

Soll die Spezifikationen für gelöschten Kalk erfüllen, wie in ASTM C 911 erläutert. Zumindest 75% des Materials soll ein #200 Sieb passieren.

Ofenmehl:

Material, das in einem Rohrofen zur Produktion von Portland- Zement oder Ätzkalk erzeugt wurde, in Übereinstimmung mit ASTM C 150 bzw. ASTM C 911.
Bei einer Analyse der Oxide soll das Material zumindest insgesamt 35% CaO und Mgo enthalten. Der Glühverlust soll 30% nicht übersteigen. Reaktive alkalische Materialien und Alkalimaterialien (CaO + Mgo - [LOI · 1.2] + K&sub2;O + Na&sub2;O) sollen 12% übersteigen.
Maximal zulässige Anteile von Spurenelementen:
Kadmium (Cd): 25 mg/kg
Kupfer (Cu): 500 mg/kg
Blei (Pb): 900 mg/kg
Nickel (Ni): 100 mg/kg
Quecksilber (Hg): 5 mg/kg
Zink (ZN): 1500 mg/kg
Zumindest 75% des Materiales soll ein #100 Sieb passieren. Zumindest 50% des Materiales soll ein #200 Sieb passieren.

Claims

1. Verfahren zum Behandeln von Klärschlamm, um einen Dünger für landwirtschaftliche Böden zu erhalten, der direkt auf den Boden gegeben werden kann, mit folgenden Schritten:

Mischen des Schlammes mit zumindest einem alkalischen Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe Zementofenmehl, Kalkofenmehl, Ätzkalkpulver, Kalkpulver und gelöschter Kalk, wobei zumindest 75% davon ein # 200-Sieb (0,074 mm) passieren; wobei die Menge des hinzugefügten und mit dem Schlamm vermischten Materiales ausreichend ist, um den pH-Wert der Mischung auf 12 oder darüber für zumindest einen Tag anzuheben und eine Pasteurisierung zu bewirken; und

Trocknen der Mischung, um ein körniges Material zu erhalten, entweder:

(i) durch Belüften, mit oder ohne Quellmittel, und Halten des pH-Wertes oberhalb 12 für zumindest sieben Tage, bis die Feststoffanteile einen Mindestwert von 65% erreichen und beibehalten, oder

(ii) durch Belüften, mit oder ohne Quellmittel, und Aufheizen auf eine Temperatur von mindestens 50 1/2 C derart, daß sie nicht ausreicht, alle nicht-pathogenen Mikroorganismen zu zerstören, und daß die Feststoffanteile einen Mindestwert von 50% erreichen und beibehalten;

wobei der Schritt zum Anheben des pH-Wertes und zum Trocknen ausreicht,

(a) den Geruch des Schlammes auf ein Niveau zu reduzieren, das in einem geschlossenen Raum selbst dann zu tolerieren ist, wenn der pH-Wert während des Trocknens unter 9 fällt, und bei einer Kontrolle des Geruchs diesen undefiniert zu halten, selbst wenn die Mischung beliebigen klimatischen Bedingungen ausgesetzt ist; und

wobei der Schritt zum Pasteurisieren

(b) ausreicht, tierische Viren im Schlamm auf weniger als eine schichtbildende Einheit pro 100 ml des Schlammes zu reduzieren;

(c) ausreicht, Salmonellenbakterien auf weniger als drei koloniebildende Einheiten pro 100 ml des Schlammes zu reduzieren;

(d) ausreicht, Parasiten im Schlamm auf weniger als ein lebendes Ei pro 100 ml des Schlammes zu reduzieren;

(e) ausreicht, die Anfälligkeit des Schlammes gegenüber Krankheitsüberträgern zu reduzieren;

(f) ausreicht, ein signifikantes erneutes Wachsen der pathogenen Mikroorganismen zu verhindern;

(g) jedoch nicht ausreicht, alle nützlichen Mikroorganismen zu eliminieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das alkalische Material enthält:

(1) Ätzkalk mit einer solchen Feinheit, daß 75% ein # 100-Sieb (0.147 mm) passieren, gemischt mit

(2) Kalkofenmehl oder Zementofenmehl mit einer solchen Feinheit, daß 75% ein # 100-Sieb (0.147 mm) und zumindest 50% ein # 200-Sieb (0.074 mm) passieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das alkalische Material Ofenmehl enthält und die Menge des alkalischen Materiales etwa 35 Gewichtsprozent des Schlammes ausmacht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Trocknungsschritt ferner das Zuführen von Wärme in einer Menge beinhaltet, die zum Sterilisieren nicht ausreicht, jedoch ausreichte daß die Länge der Trocknungszeit reduziert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Wärme durch chemisch erzeugte Wärme oder durch Direktwärme zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Wärme durch Zugabe von wärmeerzeugenden Materialien zu der Mischung aus Schlamm und hinzugefügtem Material erhalten wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das hinzugefügte alkalische Material Zementofenmehl oder Kalkofenmehl gemischt mit Kalk enthält.