DE69019643T2

DE69019643T2 - Verfahren und System zur Entsorgung von wässrigem Klärschlamm.

Info

Publication number: DE69019643T2
Application number: DE69019643T
Authority: DE
Inventors: C O Onoda Chemico Co Kouchi; C O Onoda Cement Co Saito; C O Onoda Chemico Co Shimoda; C O Onoda Cement Co Yamane
Original assignee: Onoda Chemico Co Ltd; Onoda Cement Co Ltd
Current assignee: Onoda Chemico Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2010-09-11
Also published as: EP0417705A1; JP2803855B2; EP0417705B1; JPH0398700A; DE69019643D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein System zur Entsorgung von wäßrigem Klärschlamm unter Verwendung zur Zementbildung. In letzter Zeit nehmen die hauptsächlich von Abwasseraufbereitungsanlagen freigesetzten Mengen an Klärschlamm von Jahr zu Jahr zu. Sie werden nach verschiedenen Verfahren behandelt.
Der Klärschlamm wird zum Beispiel mit Fermentationshilfsstoffen, wie Reishülsen oder Sägemehl, vermischt und zur Komposterzeugung der Fermentation unterworfen. Dieser Kompost wird für Ackerland verwendet, der Verbrauch ist jedoch in der Menge limitiert, und es ist schwierig, große Mengen an Korn- Post zu verbrauchen und abzubauen.
Eine andere Methode besteht darin, unbehandelten Klärschlamm ins Meer zu werfen. Aber da die Vorschriften allmählich strenger werden, ist diese Methode im Hinblick auf die Notwendigkeit des Umweltschutzes nicht erstrebenswert. Eine weitere Methode besteht darin, den Schlamm in Erwartung eines Düngeeffektes auf Ackerland zu streuen, aber es ist schwierig, mit dieser Methode große Mengen zu beseitigen.
Unbehandelter Klärschlamm wird zur Nutzbarmachung von Böden verwendet, oder der Klärschlamm wird mit einem Verfestiger, wie Zement oder Kalk, verfestigt und zur Kultivierung verwendet. Es wird jedoch von Jahr zu Jahr schwieriger, kultivierbare Böden zu finden, was zu einer Begrenzung der beseitigbaren Mengen führt.
Klärschlamm wird auch zur Volumenreduzierung verbrannt. Diese Methode setzt jedoch große Mengen an Asche frei, die normalerweise durch Kultivierung beseitigt werden, was die beseitigbaren Mengen begrenzt. Ein Teil der Asche wird für bautechnische und gartenbauliche Maßnahmen verwendet, aber die Verbrauchsmengen in diesem Bereich sind ebenfalls begrenzt. Des weiteren haftet dieser Methode das Problem der hohen Verbrennungskosten an.

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Hinsichtlich dieser Schwierigkeiten des Stands der Technik besteht die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein System zur Nutzbarmachung von Klärschlamm in einer Art und Weise bereitzustellen, mit der eine rationelle Behandlung großer Mengen möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem ein System zur Nutzbarmachung von Klärschlamm bereitgestellt wird, das folgende Kombination umfaßt: ein Entwässerungsverfahren zur Entwässerung des Klärschlammes durch Mischen mit einem Branntkalk enthaltenden Material, ein Zementumwandlungsverfahren, wobei die beim Entwässerungsverfahren freigesetzten Feststoffe in einen Zementbrennofen mit anderen Zementrohmaterialien zur Zementbildung zusammengegeben werden, und ein Gasaufbereitungsverfahren, um die beim Entwässerungsverfahren freigesetzten Gase in das Zementbrennverfahren einzuleiten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Zementbrennverfahrens, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Unter dem Ausdruck "Klärschlamm" ist erfindungsgemäß hauptsächlich von Abwasseraufbereitungsanlagen freigesetzter Schlamm, einschließlich dem bei der Behandlung von Rohabwasser, Haushaltsabwasser und Industrieabwasser freigesetzten Schlamm, zu verstehen. Der Wassergehalt dieser Schlämme liegt normalerweise bei 60% oder mehr.
Das Branntkalk enthaltende Material, das erfindungsgemäß mit dem Abwasserschlamm gemischt wird, beinhaltet CaO, das mit dem Wasser im Klärschlamm zu Löschkalk reagiert. Genauer ausgedrückt enthält das Branntkalk enthaltende Material Branntkalk, calcinierten Dolomit, granulierte Schlacke sowie Hochofenschlacke und mindestens 30% CaO, vorzugsweise mindestens 70%. Andere Bestandteile können ebenfalls vorhanden sein, wenn sie die Zementproduktion nicht beeinträchtigen. Das Branntkalk enthaltende Material hat einen Teilchendurchmesser von 70 mm oder weniger, vorzugsweise 30 mm oder weniger.
Erfindungsgemäß ist das Verhältnis des Klärschlammes zum Branntkalk enthaltenden Material nicht genau begrenzt. Da es jedoch notwendig ist, den Klärschlamm durch Mischen unter Bildung von Feststoffen, die im nachfolgenden Verfahren in Zement umgewandelt werden können, zu entwässern, beträgt das Verhältnis des Branntkalk enthaltenden Materials zum Klärschlamm typischerweise 1,5 bis 0,5, vorzugsweise 1 bis 0,7. Das Mischen wird durch mechanische Umwälzung mittels eines Schaufelmischers, eines Knetwerkes oder dergl. bewerkstelligt, und zwar mit einer Drehzahl von 10 bis 80 U/min, vorzugsweise von 20 bis 50 U/min, und mit einer Mischdauer von 1 bis 30 Minuten, vorzugsweise von 3 bis 20 Minuten.
Wenn der Klärschlamm mit dem Branntkalk enthaltenden Material vermischt wird, reagiert das Wasser im Klärschlamm mit letzterem zu Löschkalk. Deshalb beinhalten die Feststoffe, die beim Entwässerungsverfahren gebildet werden und 20% oder weniger Wasser enthalten, Löschkalk und die festen Bestandteile des Klärschlammes.
Die erfindungsgemäß durch das Entwässerungsverfahren gebildeten Feststoffe werden dann in Zement umgewandelt. Genauer ausgedrückt werden die Feststoffe in ein Zementrohmaterialhandhabungssystem, wie einen Trockner oder eine Mühle in einer Zementfabrik, gegeben. Im Zementofen entstehen dann aus dem Löschkalk und anorganischen Stoffen der festen Bestandteile des Schlammes Zementrohmaterialien und aus organischen Stoffen in den festen Bestandteilen des Schlammes Brennstoff für das Brennen des Zements.
Das Entwässerungsverfahren setzt jedoch übelriechende Gase, wie Ammoniak (NH&sub3;), frei, die behandelt werden, indem sie in das Zementbrennverfahren eingeleitet werden. Diese Gase werden zusammen mit Staub, der hauptsächlich aus feinpulvrigem Löschkalk besteht, und Wasserdampf gebildet, welcher ungünstige Auswirkungen auf das Zementbrennen in einem Trockenverfahren hat. Daher ist es wünschenswert, daß solche feinen Pulver durch einen Sackfilter oder dergl. entfernt werden und Wasserdampf mittels einer Destillationskolonne oder dergl. entfernt wird. Das erhaltene Produkt wird danach durch eine rückseitige Öffnung des Brennofens in das Zementbrennverfahren eingeleitet. Dies zersetzt das übelriechende Gas, insbesondere erfolgt Entstickung durch Ammoniak. Wasserdampf wird als Abflußwasser aus der Destillationskolonne gesammelt. Handelt es sich bei dem Abflußwasser um verdünntes Ammoniakwasser, so wird es neutralisiert und dann beseitigt.
Erfindungsgemäß kann, wie oben beschrieben, das Verfahren die vollständige Behandlung von Abwasserschlamm in der Zementfabrik bewerkstelligen und Produziert keinen Abfall. Des weiteren können organische Substanzen im Schlamm als Brennstoff genutzt werden, wodurch die Wärme für das Zementbrennen geliefert wird und der NOx-Gehalt der Abgase aus dem Zementbrennofen verringert wird.
Die durch erfindungsgemäße Anwendung des Zementbrennverfahrens gebildeten Zementtypen sind nicht genau begrenzt und beinhalten Portlandzement und Aluminiumoxidzement. Wenn die Menge der festen Bestandteile des Schlammes 30 Gew.% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmengen der Zementrohmaterialien, beträgt, kann der Schlamm ohne ungünstige Auswirkungen auf die Reinheit des entstehenden Zementes behandelt werden.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anwendung eines Zementbrennverfahrens in einer Zementfabrik. Gemäß Fig. 1 werden die im Lager 1A gelagerten Kalkrohmaterialien und die im Lager 1B gelagerten Rohmaterialien Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und solche auf Eisenbasis über die Trockner 2A bzw. 28 und die Zuführungsvorrichtung 3A bzw. 3B in die Rohmaterialzerkleinerungsvorrichtung 4 geleitet. Diese Rohmaterialien werden in der Rohmaterialzerkleinerungsvorrichtung 4 zerkleinert, in das Rohmaterialsilo 5 eingeleitet, in der Rohmaterialvorheizvorrichtung 6 vorgeheizt, und dann im Zementbrennofen 7 zu Zementklinker gebrannt. Das vorstehende Verfahren ist das gleiche wie in einer normalen Zementproduktionsanlage.
Der Klärschlamm und das auf Branntkalk basierende Material werden über die Einfülltrichter 8 bzw. 9 in den Mischer 10, einen Schaufelmischer, eingeleitet. Der Klärschlamm und das auf Branntkalk basierende Material reagieren im Mischer 10 bei einer Drehzahl von 30 U/min, und die entstehenden Feststoffe werden durch die Alterungs/Transportvorrichtung 11 zur Rohmaterialzerkleinerungsvorrichtung 4 überführt. Der vorn Mischer 10 gebildete Wasserdampf wird durch den Sackfilter 12 geleitet, um den Staub, wie Löschkalk, zu sammeln. Der restliche Wasserdampf wird in die Destillationskolonne 13 eingeleitet. Wasserdampf wird durch die Destillationskolonne 13 entfernt, und die restlichen Gase, die hauptsächlich Ammoniak umfassen, werden in den Calcinierofen 6A eingeleitet. Von der Destillationskolonne 13 freigesetztes verdünntes Ammoniakwasser wird im Neutralisationstank 14 neutralisiert und als sauberes Wasser abgelassen.
Unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird der folgende Versuchsbetrieb durchgeführt. Die Zementfabrik ist 24h am Tag in Betrieb und benötigt 3 000 Tonnen pro Tag (kalkhaltige Rohmaterialien stellen etwa 80% der Einsatzmenge dar), um 2 000 Tonnen Zement Pro Tag zu produzieren.

Beispiel 1

Klärschlämme mit einem Wassergehalt von 78% wurden über den Trichter 8 und Branntkalk mit einer Teilchengröße von 30 mm oder weniger über den Trichter 9 jeweils mit einer Geschwindigkeit von 5 Tonnen pro Stunde (120 Tonnen/Tag) in den Mischer 10 eingeleitet. Feststoffe, die im Mischer 10 gebildet wurden, wurden über die Alterungs/Transportvorrichtung 11 in den Rohmaterialzerkleinerer 4 geleitet. Während dieses Vorgangs wurde der Gehalt an Kalkstein im Zementrohmaterial auf 9 Tonnen Pro Stunde reduziert. Des weiteren wurden von den in den festen Komponenten des Klärschlammes enthaltenen organischen Bestandteilen eine Wärme von 2,75 Millionen Kcal pro Stunde gebildet.
20 000 ppm Ammoniakgas wurden im Wasserdampf, der aus dem Mischer 10 freigesetzt wurde, nachgewiesen. Dieser Wasserdampf wurde über den Sackfilter 12 zur Destillationskolonne 13 geleitet, und die erhaltenen Gase (hauptsächlich Ammoniak) wurden in den Zementbrennofen 7 durch dessen rückseitige Öffnung geleitet. Dadurch wurde der NOx-Gehalt des Abgases von durchschnittlich 400 ppm auf durchschnittlich 300 ppm gesenkt, wodurch das Verfahren zur Verminderung des NOx- Gehaltes erleichtert wurde. Die Destillationskolonne 13 setzte 0,04% verdünntes Ammoniakwasser frei, das mit Schwefelsäure im Neutralisationstank 14 verdünnt und dann ausgeschieden wurde.

Beispiel 2

Die gleiche Verfahrensweise wurde mit Klärschlamm mit einem Wassergehalt von 78% und einer Eintragsmenge von 10 Tonnen/Stunde durchgeführt, wobei mit Branntkalk mit einer Eintragsmenge von 10 Tonnen/Stunde eingetragen und der Kalksteinanteil im Zementrohmaterial auf 18 Tonnen/Stunde verringert wurde. Dadurch wurden aus den organischen Substanzen, die in den festen Bestandteilen des Klärschlammes enthalten waren, 5,5 Millionen Kcal Wärme gebildet. Des weiteren wurde der NOx-Gehalt des Abgases von durchschnittlich 400 ppm auf durchschnittlich 200 ppm gesenkt.
Der Zement der entsprechend den Beispielen 1 und 2 produziert wurde, hat die gleichen Eigenschaften wie normaler Zement.
Es ist wohl nicht nötig zu erwähnen, daß die Feststoffe, die im Entwässerungsverfahren erhalten wurden, dem Rohmaterialzerkleinerer 4 im oben beschriebenen Beispiel zugeführt wurden; sie können aber auch in das kalkhaltige Rohmaterial im Lager 1A oder in den Trockner 2A geleitet werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß Klärschlamm in Zement umgewandelt ohne Abfall zu produzieren. Der Gehalt an Brennstoff, der zum Zementbrennen benötigt wird, sowie der NOx-Gehalt des Abgases wird reduziert.

Claims

1. Verfahren zur Entsorgung von wässerigem Klärschlamm, beinhaltend

- Entwässern des Schlamms durch Mischen mit einem Branntkalk enthaltenden Material unter Bildung von Feststoffen und einem Gas, wobei das Gas Ammoniak und Wasserdampf enthält,

- Umwandlung der Feststoffe in Zement durch ein Verfahren des Erhitzens mit anderen zementbildenden Materialien, wobei die Feststoffe zu maximal 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zementrohstoffe, vorliegen, und

- Trennen des Gases vom Wasserdampf und Einleiten des Gases in das Verfahren.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Gas mit Branntkalk-Feinstaub gemischt ist, und wobei das Verfahren das Filtern des Gases zur Abtrennung des Branntkalk- Feinstaubes und die Destillation des Gases und des Wasserdampfes zur Abtrennung des Wasserdampfes beinhaltet.

3. System zur Entsorgung von wässerigem Klärschlamm, umfassend:

- eine Entwässerungsanlage (8 bis 12) zur Entwässerung des wässerigen Klärschlamms durch Mischen des Schlamms mit einem Branntkalk enthaltenden Material unter Bildung von Feststoffen und einen Gas, wobei das Gas mit Wasserdampf gemischt ist,

- eine Zementumwandlungsanlage (1a bis 7), welche eine Zementbrenneinrichtung (7) zur Umwandlung der Feststoffe mit anderen Zementrohstoffen in einem Brennofen beinhaltet, in den die Feststoffe zu maximal 30 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zementrohstoffe, eingeführt werden und

- eine Aufbereitungsanlage (13) zur Trennung des Gases vorn Wasserdampf und zur Einleitung des Gases an der Brenneinrichtung (6a) oder stromaufwärts davon in die Zementumwandlungsanlage (1a bis 7).

4. System gemäß Anspruch 3, in dem das Branntkalk enthaltende Material aus Branntkalk, calciniertem Dolomit, granulierter Schlacke, Hochofenschlacke oder einer Mischung daraus besteht.

5. System gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, in dem das Verhältnis des Branntkalk enthaltenden Materials zum Klärschlamm 0,5 bis 1,5 beträgt.

6. System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, in dem das Branntkalk enthaltende Material mindestens 30 Gew.-% CaO enthält.

7. System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, in dem das Branntkalk enthaltende Material einen Partikeldurchmesser von nicht größer als 70 mm, bevorzugt nicht größer als 30 mm hat.

8. System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, in dem der Klärschlamm mit dem Branntkalk enthaltenden Material durch einen Schaufelmischer (10) oder durch ein Knetwerk (10) gemischt wird.

9. System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, in dem die Feststoffe über das Rohmaterialsystem (4, 5, 6) in den Brennofen (7) eingespeist werden.

10. System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, in dem die Keststoffe maximal 20 Gew.-% Wasser enthalten.

11. System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10, in dem das Gas zur Abtrennung von feinteiligen Substanzen durch einen Sackfilter (12) oder dergleichen gefiltert wird und Wasserdampf mittels einer Destillationskolonne (13) oder dergleichen entfernt wird.

12. System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, in dem das Gas über eine rückseitige Öffnung des Brennofens (7)in die Zementbrennanlage (7) eingeleitet wird.