DE3928325A1 - Verfahren zum trocknen und/oder verbrennen von klaerschlamm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen und/oder Verbrennen von Klärschlämmen, bei dem der vorentwässerte Klärschlamm in einem Trockner getrocknet und anschließend zumindest die Trocknerluft in einem Ofen unter Zugabe von Brennstoffen, vorzugsweise strömungsfähigen Brennstoffen, verbrannt wird.

Infolge der Schadstoffbelastung der Abwässer wird die Beseitigung der in den Kläranlagen anfallenden Klärschlämme in zunehmendem Maße schwieriger. Das Ausbringen des Klär­ schlammes als Düngemittel auf Äckern und Wiesen kann nur noch begrenzt durchgeführt werden, wenn aufgrund des Ein­ zugsgebietes der betreffenden Kläranlage die Schadstoffbe­ lastung so gering ist, daß keine Gefährdung gegeben ist.

Da eine Ablagerung auf einer Deponie wegen des hohen Wasser­ gehaltes selbst eines teilweise entwässerten Klärschlammes kaum möglich ist, war man in großen Städten, in denen die Abwasserbeseitigung praktisch für das gesamte Stadtgebiet über ein Kanalnetz und Kläranlagen erfolgte und die in vielen Fällen im Einzugsbereich von Kohlekraftwerken und Heizkraft­ werken lagen, dazu übergegangen, den anfallenden Klärschlamm dem Brennstoff zum Betrieb der Dampfkessel beizumischen.

Im Hinblick auf den Schutz des Grundwassers ist man seit einiger Zeit dazu übergegangen, auch in kleinen Gemeinden die anfallenden Abwässer über ein Kanalnetz zu erfassen und in Kläranlagen aufzubereiten, so daß selbst in ländlichen Gebieten, wo bisher eine Beseitigung der Klärschlämme durch Ausbringen auf die Äcker erfolgte, wegen des Schadstoffge­ haltes eine anderweitige Beseitigung des Klärschlammes erfor­ derlich wurde, so daß spezielle Verbrennungsanlagen, ggf. in Kombination mit Müllverbrennungsanlagen errichtet werden. Da die Kosten einer derartigen thermischen Abfallbeseitigung nicht oder nur zu einem geringen Teil durch eine Verwertung der gewonnenen Wärmeenergie abgedeckt werden können, ergibt sich die Notwendigkeit, die einzusetzende Brennstoffmenge auf das geringstmögliche Maß zu reduzieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Rahmen des eingangs angegebenen Verfahrens den Klärschlamm einschließ­ lich der bei der Trocknung entstehenden Abluft vor der Auf­ gabe in den Ofen so aufzubereiten, daß die einzusetzende Brennstoffmenge reduziert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß aus den aus dem Trockner austretenden Brüden vor der Ein­ führung in den Ofen durch Kühlung ein Teil des Wasserdampf­ gehaltes niedergeschlagen und in flüssiger Form abgezogen wird. Während bisher der Austrag des Trockners unmittelbar in den nachgeschalteten Ofen einmündete, d. h. nicht nur der getrocknete Klärschlamm, sondern auch die aus dem Trockner austretenden Brüden, die auch gasförmige, zum Teil brennbare Bestandteile enthalten, unmittelbar dem Ofen zugeführt wur­ den, so daß diese gesamte Brüdenmenge einschließlich des darin enthaltenen Wasserdampfes auf die hohen Verbrennungs­ temperaturen aufgeheizt werden mußten, wird bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren der größte Teil des Wasserdampfgehaltes aus den Brüden vor Eintritt in den Ofen abgezogen. Dies bedeu­ tet eine erhebliche Entlastung des Ofens, da bei einem stabi­ lisierten Klärschlamm mit üblichem Feststoffgehalt, beispiels­ weise in einer Menge von 3 m³/h mit entsprechender Kühlung aus den Brüden eine Wassermenge von etwa 2 m³/h abgezogen werden kann, die dann im nachgeschalteten Ofen nicht mehr aufgeheizt zu werden braucht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß diese Wassermengen die dem Ofen nachgeschaltete Abgasreinigung nicht mehr belasten.

Das Verfahren kann sowohl bei Einrichtungen eingesetzt wer­ den, in denen die Klärschlämme verbrannt werden, als auch bei Einrichtungen, in denen die Klärschlämme nur getrocknet und anschließend deponiert, kompostiert und/oder mit Erde vermischt und als Füllmaterial im Landschaftsbau eingesetzt werden.

Klärschlämme im Sinne der Erfindung sind neben üblichen Klär­ schlämmen insbesondere kommunale Klärschlämme, auch feuchte kompostierbare, deponiefähige und/oder verbrennbare Abfälle.

Der Begriff Ofen im Sinne der Erfindung umfaßt sowohl Ein­ richtungen zum Verbrennen von festen Stoffen einschließlich einer etwa erforderlichen Nachbrenneinrichtung zur Behandlung der aus dem Ofen austretenden Abgase, als auch Brenneinrich­ tungen, in denen die aus der Kühleinrichtung abgezogenen und weitgehend entwässerten Brüden thermisch behandelt, insbesondere verbrannt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß der Wasserdampf der Brüden durch direkten Kontakt mit Kühlwasser niedergeschlagen wird. Bevorzugt werden hier­ bei Kühlwasser und Brüden im Gegenstrom zueinander über eine durchlässige Kontaktkörperfüllung geführt. Bereits durch Einsprühen einer entsprechend großen Kühlwassermenge im Gegenstrom zu den Brüden kann hier der Wasserdampf in erheblichen Mengen auskondensiert werden. Führt man jedoch die Brüden durch eine Kontaktkörperfüllung, auf die im Gegen­ strom zu den Brüden das Kühlwasser aufgegeben wird, ergibt sich eine weitere Verbesserung des Verfahrens, da die Ver­ dampfung des eingesprühten Kühlwassers in den heißen Brüden­ strom praktisch vermieden wird. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß gleichzeitig aus dem Brüden­ strom die im Trockner entstehenden Staubanteile nach Art einer Naßentstaubung abgeschieden werden, so daß die dem Ofen nachgeschaltete Abgasentstaubung entlastet wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Kühlwasser mit dem niedergeschlagenen Teil der Brüden zur Kühlung über eine Kläranlage geführt. Dies hat den Vorteil, daß der in diesem Bereich abgeschiedene Staubanteil von dem aus der Kühlung abgezogenen Wassermenge abgeschieden werden kann und nach entsprechender Entwässerung, beispielsweise über eine Filterpresse, wieder dem Trockner aufgegeben werden kann. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das zur Niederschlagung des in den Brüden enthaltenen Wasserdampfanteils benötigte Kühlwasser aus der Kläranlage abgezogen werden kann, wobei die Kläranlage gleichzeitig als "Kühler" für das Kühlwasser dient. Hierdurch ist es möglich, der Kühlung ein Kühlwasser mit einer Temperatur von etwa 20°C zuzuführen.

Bei biologischen Kläranlagen ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, die Kühlwassermenge auf die aus den Brüden niederzuschlagene Wasserdampfmenge so abzustimmen, daß die Temperatur der aus der Kühlung abgezogenen Wasser­ menge unter 40°C liegt. Hierdurch ist gewährleistet, daß die mit biologischen Verfahren arbeitenden Abbaustufen der Kläranlage nicht beeinträchtigt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Trocknung der Klärschlämme durch indirekten Kontakt mit dem Heizmedium erfolgt. Eine derartige indirekte Trocknung hat den Vorteil einer besseren Temperaturführung, da aufgrund der Zusammensetzung der Klärschlämme eine Trocknungstempera­ tur von 200°C nicht überschritten werden darf, da sonst eine Selbstentzündung eintreten kann.

In weiterer zweckmäßiger und vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, daß zur indirekten Trocknung der Klärschlämme Dampf verwendet wird, der durch Abkühlung der aus dem Ofen austretenden heißen Abgase in einem Dampferzeuger gewonnen wird. Bei diesem Verfahren wird insbesondere in den Fällen, in denen aufgrund der örtlichen Gegebenheiten und/oder der zu verbren­ nenden Klärschlammengen keine Verwertungsmöglichkeiten für die bei der Klärschlammverbrennung frei werdenden Wärmemengen gegeben ist, eine Verbesserung der Heizkostenbilanz erreicht.

Die Erfindung wird anhand eines Fließschemas für ein Ausfüh­ rungsbeispiel näher erläutert.

Die im Fließschema dargestellte Anlage besteht im wesentli­ chen aus einem Trockner 1, beispielsweise einem indirekt mit Dampf beheizten Drehrohrtrockner und einem Ofen 2, bei­ spielsweise einem Drehrohrofen. Der zu verbrennende Klär­ schlamm wird beispielsweise als mechanisch vorentwässerter Klärschlamm angefahren und einem Sanmelbehälter 3 aufgegeben. Der Gehalt an Trockensubstanz kann je nach Zusammensetzung und/oder Entwässerungseigenschaften des jeweils angelieferten Klärschlammes etwa 10 bis etwa 40% betragen. Über eine Schlammpumpe 4 wird der zu verbrennende Klärschlamm einem dem Trockner 1 vorgeschalteten Mischer 5 aufgegeben. Dem Mischer 5 wird über eine hier nicht näher dargestellte mecha­ nische Fördereinrichtung (Fließweg 6) ein Teil des im Trock­ ner 1 getrockneten Schlammes zugeführt und mit dem frischen Klärschlamm vermischt, so daß Anbackungen im Trockner 1 ver­ mieden werden. Der getrocknete Schlamm wird aus dem Trockner 1 je nach Aufgabegut und Behandlungsdauer mit einem Trocken­ substanzgehalt von beispielsweise 70 bis 95% abgezogen und über eine hier nicht näher dargestellte mechanische Förder­ einrichtung (Fließweg 7) dem Ofen 2 aufgegeben und dort unter Zugabe von Brennstoff, vorzugsweise einem strömungsfähigen Brennstoff in Form von Heizöl oder Gas (Fließweg 8) und Ver­ brennungsluft (Verdichter 9) verbrannt. Die beim Verbrennungs­ prozeß entstehenden Abgase werden in einer Nachbrennstufe 10 ebenfalls unter Zugabe von Brennstoff (Fließweg 11) und Verbrennungsluft (Verdichter 12) verbrannt und/oder thermisch zersetzt. Die Abgase (Fließweg 13) können dann in üblicher Weise über eine Entstaubungs- und Abgasreinigungsanlage ins Freie abgelassen werden.

Die im Trockner 1 anfallenden Brüden, die neben erheblichen Wasserdampfmengen auch brennbare Bestandteile und/oder Bestandteile enthalten, die zur Beseitigung thermisch behan­ delt werden müssen, werden nun nicht unmittelbar in den Ofen 2 eingeleitet, sondern über den Fließweg 14 einer Kühl- und Kondensationseinrichtung 15 zugeführt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kühl- und Kondensationseinrichtung 15 in Form einer Kolonne ausgebildet, die mit einer gasdurchlässigen Kontaktkörperfüllung 16 ver­ sehen ist. Die Brüden treten auf der Unterseite der Kolonne ein und werden oben über ein Saugzuggebläse 17 abgezogen. Im Gegenstrom hierzu wird über eine Sprüheinrichtung 18 auf die Kontaktkörperfüllung 16 Wasser aufgebracht, so daß die heißen Brüden abgekühlt, der Wasserdampfanteil aber auch der im Trockner 1 anfallende Staubanteil niedergeschlagen werden. Die anfallende Wassermenge wird aus der Kühl- und Kondensationseinrichtung 15 abgezogen und einer Klärein­ richtung 19 zugeführt.

Bei einer Wassermenge von etwa 2 m³/h in den aus dem Trock­ ner 1 abgezogenen Brüden werden etwa 10 m³/h Kühlwasser der Kühl- und Kondensationseinrichtung 15 aufgegeben, so daß der Kläranlage 19 etwa 12 m³/h zugeführt werden. Führt man das Kühlwasser mit etwa 20°C zu, dann gelingt es bei dem angegebenen Mengenverhältnis und bei der vorgegebenen Tempe­ raturlage der zu kühlenden Brüden, die der Kläreinrichtung 19 zuzuführende Wassermenge auf einer Temperatur von unter 40°C zu halten, so daß die Verfahrensabläufe in einer biologisch betriebenen Kläreinrichtung nicht beeinträchtigt werden. Da das aus der Kühl- und Kondensationseinrichtung 15 abgezogene Wasser aufgrund des Staubgehaltes in üblicher Weise geklärt werden muß, kann die Kläreinrichtung zugleich als Kühleinrichtung für das benötigte Kühlwasser dienen, so daß über eine Förderpumpe 20 hinter der Kläreinrichtung die erforderlichen Kühlwassermengen abgezogen werden können, so daß an den Vorfluter mengenmäßig nur die Wassermengen abzugeben sind, die bei der Kondensation der Brüden anfallen.

Die in der der Verbrennungsanlage zugeordneten Kläreinrich­ tung 19 anfallenden Schlämme werden über eine Schlammpumpe 21 und einen Sammelbehälter 22, dem auch anderweitig dünnflüs­ sige Schlämme aufgegeben werden können, einer Filterpresse 23 zugeführt. Die in der Filterpresse 23 anfallenden teilent­ wässerten Schlämme werden über den Fließweg 24 und den Auf­ gabebehälter 3 wieder dem Trocknungs- und Verbrennungsprozeß zugeführt. Das anfallende Filtrat wird über den Fließweg 25 der Kläreinrichtung 19 aufgegeben.

Da die aus der Kühl- und Kondensationseinrichtung 15 abgezo­ genen Abgase nur noch einen verhältnismäßig geringen Wasser­ dampfgehalt aufweisen, ist für die Verbrennung und Nachver­ brennung im Ofen 2 und der Nachbrennkammer 10 eine entspre­ chend geringere Brennstoffmenge erforderlich. Um nun die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Verbrennungsanlage noch zu verbessern, werden die aus der Nachbrenneinrichtung 10 austretenden heißen Abgase vor der Entstaubung und Naßreini­ gung in einem Dampferzeuger 26 abgekühlt. Die hierbei gewon­ nene Dampfmenge wird dann zur Beheizung des Trockners 1 ver­ wendet. Neben dem Vorteil der Ausnutzung der ohnehin im Verbrennungsprozeß anfallenden Wärmeenergie für die Trocknung des Klärschlammes ergibt sich bei der indirekten Trocknung des Klärschlammes durch Dampf eine günstige Regelungsmöglich­ keit, da bei Trocknung des Klärschlammes eine Temperatur von 200°C keinesfalls überschritten werden darf, da sonst die Selbstentzündungstemperatur des Schlammes erreicht wird.

Bei einer indirekten Beheizung des Trockners 1 mit Dampf, der zudem durch Verwertung der in der Verbrennungsanlage selbst anfallenden heißen Abgase gewonnen wird, läßt sich nicht nur eine einwandfreie Einhaltung der Temperaturbedin­ gungen für die Trocknung bewerkstelligen sondern es lassen sich auch die Heizkosten der Gesamtanlage senken.

Claims (8)

1. Verfahren zum Trocknen und/oder Verbrennen von Klär­ schlämmen, bei dem der vorentwässerte Klärschlamm in einem Trockner getrocknet und anschließend zumindest die Trockner­ abluft in einem Ofen unter Zugabe von Brennstoffen, vor­ zugsweise strömungsfähigen Brennstoffen, verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus den aus dem Trockner austretenden Brüden vor der Einführung in den Ofen durch Kühlung ein Teil des Wasser­ dampfgehaltes niedergeschlagen und in flüssiger Form abge­ zogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf der Brüden durch direkten Kontakt mit Kühl­ wasser niedergeschlagen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser und die Brüden im Gegenstrom zueinander über eine durchlässige Kontaktkörperfüllung geführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kühlwasser mit dem niedergeschlagenen Teil der Brüden zur Kühlung über eine Kläranlage geführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kühlwasser zur Niederschlagung des Wasserdampfs aus der Kläranlage abgezogen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kühlwassermenge auf die aus den Brüden niederzuschlagende Wasserdampfmenge so abgestimmt wird, daß die Temperatur der aus der Kühlung abgezogenen Wassermenge unter 40°C liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trocknung der Klärschlämme durch indi­ rekten Kontakt mit dem Heizmedium erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trocknung Dampf verwendet wird, der durch Abkühlung der aus dem Ofen austretenden heißen Abgase in einem Dampfer­ zeuger gewonnen wird.