PL200580B1

PL200580B1 - installation for mineralization of sludge formed in the wastewater treatment process

Info

Publication number: PL200580B1
Application number: PL349475A
Authority: PL
Inventors: Zygmunt Wysocki; Jacek Rydzewski
Original assignee: Zygmunt Wysocki
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2009-01-30
Also published as: PL349475A1

Abstract

Wynalazek rozwiązuje problem utylizacji osadów z oczyszczalni ścieków. Instalacja zawiera co najmniej jedną komorę pyrolityczną (1), dopalacz katalityczny (4), wymiennik ciepła (5), filtr doczyszczający (6) i wentylator (7). Materia organiczna zawarta w osadach, po jej zgazowaniu w pyrolitycznych komorach (1), dopalana jest w dopalaczu (4), natomiast odzyskane ciepło odpadowe zawracane jest poprzez element (9) wymuszający ruch gazów, ponownie do komór pyrolitycznych (1). Dopalone gazy zasysane są z wylotu (WY) dopalacza (4) przez wentylator (7), przechodząc przez wymiennik ciepła (5) i filtr doczyszczający (6) do komina (8)The invention solves the problem of sludge disposal from wastewater treatment plants. The installation comprises at least one pyrolysis chamber (1), a catalytic afterburner (4), a heat exchanger (5), a polishing filter (6), and a fan (7). After gasification in the pyrolysis chambers (1), the organic matter contained in the sludge is post-combusted in the afterburner (4), while the recovered waste heat is returned via a gas-forcing element (9) back to the pyrolysis chambers (1). The post-combusted gases are drawn from the outlet (OUT) of the afterburner (4) by a fan (7), passing through the heat exchanger (5) and the polishing filter (6) to the chimney (8).

Description

Przedmiotem wynalazku jest instalacja służąca do mineralizacji osadów powstałych w procesie oczyszczania ścieków, zarówno komunalnych jak i przemysłowych.The subject of the invention is an installation for the mineralization of sludge formed in the process of sewage treatment, both municipal and industrial.

Obecnie stosuje się szereg rozwiązań dotyczących utylizacji osadów ściekowych, jako jednego z najbardziej uciążliwych odpadów. Najczęstszym jest zmniejszanie objętości osadów poprzez ich odwodnienie na prasach filtracyjnych. Daje to zmniejszenie objętości jedynie o około 30% (zmniejszenie uwodnienia z 95 - 98% do co najwyżej 70%) i nadal nie rozwiązuje do końca problemu co zrobić dalej z osadem.Currently, a number of solutions for the disposal of sewage sludge are used, as one of the most onerous waste. The most common way is to reduce the volume of sludge by dewatering it on filter presses. This results in a volume reduction of only about 30% (reduction in hydration from 95 - 98% to a maximum of 70%) and still does not fully solve the problem of what to do with the sludge next.

Kolejną znaną metodą utylizacji jest kompostowanie osadów ściekowych w celu uzyskiwania nawozu o wykorzystaniu rolniczym. To rozwiązanie ma jednak więcej wad niż zalet. Po pierwsze, nie wszystkie osady nadają się do kompostowania, zwłaszcza te, które zawierają metale ciężkie. Po drugie, w przypadku dużej oczyszczalni niezbędne jest wybudowanie potężnego składowiska kompostu z całą towarzyszącą infrastrukturą. Po trzecie, ze strony rolnictwa nie widać praktycznie żadnego zainteresowania takim nawozem.Another well-known disposal method is the composting of sewage sludge to obtain fertilizer for agricultural use. However, this solution has more disadvantages than advantages. Firstly, not all sludge is compostable, especially those that contain heavy metals. Secondly, in the case of a large treatment plant, it is necessary to build a massive compost landfill with all associated infrastructure. Third, there is practically no interest in such a fertilizer on the part of agriculture.

Następną ze znanych metod utylizacji jest wysokotemperaturowe spalanie osadów ściekowych. Daje ono dużą redukcję objętości osadu, jednak wymaga szeregu zezwoleń związanych z taką technologią oraz dużych wydatków energetycznych dla prowadzenia utylizacji, a ponadto zbudowania sporej instalacji do oczyszczania gazów odlotowych ze związków będących produktem ubocznym spalania osadów w wysokiej temperaturze, na przykład z dioksyn, furanów, tleków azotu, itp.Another known utilization method is high-temperature incineration of sewage sludge. It provides a large reduction in the volume of the sludge, but requires a number of permits related to such technology and large energy expenditure for disposal, and also the construction of a large installation for purifying waste gases from compounds that are a by-product of sludge combustion at high temperature, for example from dioxins, furans, nitrogen oxides, etc.

Z opisu patentowego PL 115322 znane jest spalanie ciekłych odpadów zawierających palne zanieczyszczenia, zwłaszcza organiczne, w spalaczach termiczno-katalitycznych. Urządzenia te zawierają rekuperator ciepła z umieszczoną wewnątrz komorą spalania termicznego, nad którą znajdują się komory wymieszania i kontaktowa.From the patent description PL 115 322 it is known to incinerate liquid waste containing combustible pollutants, especially organic ones, in thermal-catalytic incinerators. These devices include a heat recuperator with a thermal combustion chamber inside, above which there are mixing and contact chambers.

Komora kontaktowa wyposażona jest na całej szerokości przekroju poprzecznego w warstwę katalizatora oraz w dno sitowe, przez które połączona jest z rekuperatorem ciepła, z dnem sitowym przylegającym do kolektora spalin. Cała konstrukcja urządzenia jest zwarta, symetryczna i usytuowana w osi pionowego cylindrycznego płaszcza, od góry zamkniętego dennicą wyposażoną w króciec dolotowy.The contact chamber is equipped with a catalyst layer along the entire width of the cross-section and a tube sheet through which it is connected to the heat recuperator, with the tube sheet adjacent to the exhaust gas collector. The entire structure of the device is compact, symmetrical and situated in the axis of the vertical cylindrical shell, closed from the top with a bottom equipped with an inlet stub pipe.

Zgodnie z wynalazkiem, instalacja do mineralizacji osadów powstałych w procesie oczyszczania ścieków, zaopatrzona w dopalacz katalityczny i wymiennik ciepła, zawiera przynajmniej jedną komorę pyrolityczną wyposażoną w palnik, korzystnie gazowy. Wyjście komory pyrolitycznej jest połączone z wejściem katalitycznego dopalacza rewersyjnego, rewersyjno-przepływowego lub przepływowego oraz z wyjściem zaworu dopowietrzającego dopalacz.According to the invention, a plant for the mineralization of sludge resulting from the wastewater treatment process, provided with a catalytic afterburner and a heat exchanger, comprises at least one pyrolytic chamber equipped with a burner, preferably a gas burner. The output of the pyrolytic chamber is connected to the input of the reverse, reverse-flow or flow catalytic afterburner and to the output of the afterburner venting valve.

Dopalacz jest wyposażony w wyjście pośrednie, połączone z komorą pyrolityczną poprzez element wymuszający przepływ strumienia gazów, na przykład pompę, dmuchawę lub wentylator, oraz w wylot, który poprzez wymiennik ciepła, filtr i wentylator jest połączony z przewodem odprowadzającym oczyszczone gazy odlotowe na zewnętrz instalacji.The afterburner is equipped with an intermediate outlet, connected to the pyrolytic chamber through an element forcing the flow of the gas stream, for example a pump, blower or fan, and with an outlet, which, through a heat exchanger, filter and fan, is connected to a conduit for discharging purified exhaust gases to the outside of the installation.

Korzystnie, dla zapewnienia ciągłości pracy dopalacza, instalacja ma dwie lub więcej komór pyrolitycznych połączonych w układ równoległy.Preferably, in order to ensure the continuity of the afterburner operation, the installation has two or more pyrolytic chambers connected in parallel.

Instalacja według wynalazku działa na zasadzie zgazowania pyrolitycznego osadu w niskiej temperaturze, a następnie katalitycznym utlenieniu uzyskanego gazu organicznego do dwutlenku węgla i wody.The installation according to the invention operates on the principle of pyrolytic sludge gasification at low temperature, and then catalytic oxidation of the obtained organic gas to carbon dioxide and water.

Palnik utrzymuje w komorze pyrolitycznej temperaturę, określoną parametrami prowadzonego procesu. Z uwagi na łatwość obsługi i regulacji, najlepiej jest zastosować w instalacji palnik gazowy.The burner maintains the temperature in the pyrolytic chamber, determined by the parameters of the process. Due to the ease of use and adjustment, it is best to use a gas burner in the installation.

Powstałe w komorze gazy organiczne przechodząc przez dopalacz katalityczny ulegają dopaleniu do dwutlenku węgla i wody. Reakcja ta jest wysoce egzotermiczna, a uzyskane w jej wyniku ciepło odpadowe jest zawracane do komory pyrolitycznej, celem zmniejszenia całkowitego zużycia energii przez instalację. Nadal wysoka na wylocie dopalacza temperatura gazów odlotowych jest obniżana w wymienniku ciepła. Następnie gazy przechodzą przez zespół filtrów celem ich dodatkowego doczyszczenia. Cyrkulacja gazów w instalacji jest wymuszana przez znajdujący się za zespołem filtrów wentylator, którego wylot skierowany jest na przykład do komina emitującego oczyszczone gazy odlotowe na zewnątrz instalacji.The organic gases generated in the chamber are burned through the catalytic afterburner to form carbon dioxide and water. This reaction is highly exothermic and the resulting waste heat is returned to the pyrolytic chamber to reduce the total energy consumption of the installation. Still high at the outlet of the afterburner, the exhaust gas temperature is lowered in the heat exchanger. The gases then pass through the filter assembly for additional cleaning. The circulation of gases in the installation is forced by a fan downstream of the filter assembly, the outlet of which is directed, for example, to a chimney that emits treated waste gases outside the installation.

PL 200 580 B1PL 200 580 B1

Zaletą instalacji według wynalazku jest ponad dwudziestokrotne zmniejszenie objętości osadów, przy jednocześnie małym wydatku energetycznym, z uwagi na fakt odzyskiwania dużych ilości ciepła odpadowego z katalitycznej reakcji utleniania związków organicznych powstałych podczas pyrolizy osadów.The advantage of the installation according to the invention is more than twenty-fold reduction in the volume of sludge, with a simultaneous low energy expenditure, due to the fact that large amounts of waste heat are recovered from the catalytic oxidation reaction of organic compounds formed during sludge pyrolysis.

Istotną korzyścią jest także brak tworzenia się szeregu toksycznych produktów ubocznych jak dioksyny, furany, tlenki azotu, itp., a więc związków charakterystycznych dla technik spalania wysokotemperaturowego. Brak powstawania wspomnianych związków osiąga się dzięki prowadzeniu procesu w niskich temperaturach, zazwyczaj nie przekraczających 450 -500°C. Tak niskie temperatury są całkowicie wystarczające do uzyskania zgazowania materii organicznej zawartej w osadach ściekowych.A significant advantage is also the lack of formation of a number of toxic by-products such as dioxins, furans, nitrogen oxides, etc., i.e. compounds characteristic of high-temperature combustion techniques. No formation of the mentioned compounds is achieved by operating the process at low temperatures, usually not exceeding 450-500 ° C. Such low temperatures are completely sufficient to gasify the organic matter contained in the sewage sludge.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku.The invention will be explained in more detail using an embodiment shown in the drawing.

Instalacja zawiera przykładowo dwie komory pyrolityczne 1, połączone w układ równoległy. Liczebność komór 1 wynika z zakładanej wydajności dobowej instalacji. Każda z komór 1 jest wyposażona w palnik 2 gazowy, celem wytworzenia w jej wnętrzu temperatury potrzebnej do pyrolizy materii organicznej zawartej w osadach ściekowych, którymi załadowuje się komory 1.The installation comprises, for example, two pyrolytic chambers 1 connected in a parallel arrangement. The number of chambers 1 results from the assumed daily capacity of the installation. Each of the chambers 1 is equipped with a gas burner 2 in order to generate a temperature inside it necessary for the pyrolysis of organic matter contained in the sewage sludge with which the chambers 1 is loaded.

Wyjścia komór i dołączone są do wejścia WE dopalacza katalitycznego 4. Do wejścia WE dopalacza 4 dołączony jest także zawór 3 dopowietrzający, służący do zasilania dopalacza 4 w dodatkowe powietrze.The outputs of the and chambers are connected to the WE input of the catalytic afterburner 4. To the WE input of the catalytic afterburner 4 there is also an additional air supply valve 3 connected to the afterburner 4 with additional air.

Dopalacz 4 jest wyposażony w wyjście pośrednie C ciepła odpadowego, które poprzez element 9 wymuszający ruch gazu, na przykład dmuchawę, jest połączone z dodatkowymi wlotami komór i, natomiast wylot WY dopalacza 4 dochodzi do wymiennika ciepła 5. Wyjście wymiennika 5 poprzez filtr doczyszczający 6 i wentylator zasysający 7 połączone jest z kominem 8.The afterburner 4 is equipped with an intermediate waste heat output C, which is connected through an element 9 forcing the gas movement, e.g. a blower, to additional inlets of chambers i, while the outlet WY of the afterburner 4 reaches the heat exchanger 5. Exhaust of the exchanger 5 through the cleaning filter 6 and the suction fan 7 is connected to the chimney 8.

Działanie instalacji jest następujące. Po umieszczeniu w komorze pyrolitycznej 1 wsadu w postaci osadów z oczyszczalni ścieków rozpoczyna pracę palnik 2, podnosząc stopniowo temperaturę w jej wnętrzu. W tym czasie rozpoczyna się intensywne odparowywanie wody obecnej we wsadzie. Po odparowaniu wody temperatura w komorze 1 ulega podwyższeniu i rozpoczyna się proces zgazowywania materii organicznej obecnej we wsadzie. Zgazowanie polega na przejściu materii organicznej z fazy stałej do gazowej. Tak uzyskany gaz jest następnie mieszany w ustalonej proporcji z powietrzem doprowadzanym poprzez zawór dopowietrzający 3 i podawany na wejście WE dopalacza katalitycznego 4. Mieszanka ta przepływając, na przykład rewersyjnie, przez dopalacz 4 ulega utlenieniu do dwutlenku węgla i wody. Reakcja katalitycznego utleniania daje znaczne ilości ciepła, które po odzyskaniu kierowane jest do wyjścia pośredniego C w postaci strumienia gorącego powietrza i zawracane do komór pyrolitycznych 1. Takie rozwiązanie instalacji umożliwia wydatne zmniejszenie całkowitego zapotrzebowania energetycznego, gdyż spora część wytworzonego w katalitycznym procesie ciepła jest powtórnie wykorzystywana w procesie pyrolizy. Dopalone katalitycznie gazy są kierowane następnie do wylotu WY dopalacza 4. Ponieważ mają one nadal wysoką temperaturę, przechodzą przez wymiennik ciepła 5 celem schłodzenia oraz odzysku dodatkowej ilości ciepła. W zależności od rodzaju i charakteru utylizowanego w instalacji osadu ściekowego, uzyskuje się różny skład gazów do dopalenia w dopalaczu katalitycznym 4. Dlatego konieczne jest doczyszczenie tych gazów dodatkowym filtrem 6 dla spełnienia wymagań określonych dla emisji gazów do atmosfery. Za filtrem doczyszczającym 6 znajduje się wentylator zasysający 7, który wymusza cały ruch gazów w instalacji. Gazy te z wyjścia wentylatora 7 kierowane są poprzez komin 8 do atmosfery.The installation works as follows. After placing the charge in the pyrolytic chamber 1 in the form of sludge from the sewage treatment plant, the burner 2 starts to work, gradually increasing the temperature inside it. At this time, intensive evaporation of the water present in the charge begins. After the water evaporates, the temperature in the chamber 1 increases and the process of gasification of organic matter present in the charge begins. Gasification is the transition of organic matter from a solid to a gas phase. The gas thus obtained is then mixed in a predetermined proportion with the air supplied through the venting valve 3 and fed to the inlet WE of the catalytic afterburner 4. This mixture, flowing, for example in reverse, through the afterburner 4 is oxidized to carbon dioxide and water. The catalytic oxidation reaction gives a significant amount of heat, which, after recovery, is directed to the intermediate output C in the form of a hot air stream and returned to the pyrolytic chambers 1. This solution of the installation enables a significant reduction of the total energy demand, because a large part of the heat generated in the catalytic process is reused in the pyrolysis process. The catalytically burned off gases are then directed to the outlet WY of the afterburner 4. As they are still at high temperature, they pass through a heat exchanger 5 to cool down and recover additional heat. Depending on the type and nature of the sewage sludge utilized in the installation, a different composition of gases for combustion in the catalytic afterburner 4 is obtained. Therefore, it is necessary to purify these gases with an additional filter 6 to meet the requirements for gas emissions to the atmosphere. Behind the after-cleaning filter 6 there is a suction fan 7, which forces all gas movement in the installation. These gases from the fan outlet 7 are directed through the chimney 8 to the atmosphere.

Claims

Installation for the mineralization of sludge formed in the wastewater treatment process, having a catalytic afterburner and a heat exchanger, characterized in that it comprises at least one pyrolytic chamber (1) equipped with a burner (2), preferably gas, the output of which is connected to the catalytic input (EC) the afterburner (4) of the reversible, reverse-flow or flow afterburner and with the output of the afterburner (4) venting valve (3), while the afterburner (4) has an intermediate output (C), connected to the pyrolytic chamber (1) through the forcing element (9) gas flow, in particular a pump, blower or fan, and an outlet (WY) which, through a heat exchanger (5), a filter (6) and a fan (7), is connected to the pipe (8) discharging the gases from the installation.

2. Plant for sludge mineralization in the process according to claim 2. The apparatus of claim 1, characterized in that it comprises two or more pyrolytic chambers (1) connected in a parallel arrangement.