METHOD OF DEWATERING SEWAGE SLUDGE IN FILTER PRESSES

Abstract: 1. A multistage process for dewatering sewage sludges by mixing these homogeneously with inert additives, such as finely divided coal or ash or mixtures thereof, adding organic flocculants, removing the greater part of the water, in a first dewatering step, by gravity filtration without applying a pressure differential and then effecting further dewatering in a second dewatering step, by pressure filtration on filter presses, in order to obtain filter cakes which can be combusted, with the utilization of their calorific content, wherein the additives, such as finely divided coal or ash or mixtures thereof, are added in an amount of from 0.5 to 1.5 parts by weight per part by weight of sludge solids and from 1 to 7 kg of organic flocculant/tonne of sludge solids is added to the sewage sludges before or during admixture of the additives.

Description: verfahren zum Entwässern von Klärschlämmen auf Filterpressen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entwässern von Klärschlämmen, die mit Zuschlagstoffen, wie feinteiligen Kohlen oder Aschen oder deren Gemischen, homom gen vermischt worden sind, denen organische Flockungsmittel zugegeben wurden, aus denen in einem ersten Entwässerungsschritt die Hauptmenge des Wassers durch Schwerkraft.- filtration ohne Anlegen einer Druckdifferenz abgetrennt worden ist und die in einem zweiten Entwässerungsschritt durch Druckfiltration auf Filterpressen weitergehend entwässert worden sind. In Kläranlagen von Industrieunternehmen und in zentralen Grosskläranlagen von Kommunen, in die gröPuere Mengen gewerblicher Abwässer eingeleitet werden, wird es in zunehmendem Masse erforderlich, die anfallenden Klärschlamme durch Verbrennen zu beseitigen. Klärschlämme dieser Herkunft können Stoffe enthalten, die einer Unterbringung auf Deponien entgegenstehen. Eine umweltfreundliche und sichere Art der Beseitigung ist die. totale Veraschung. Auch wegen stark gestiegener Transportkosten und wegen Raumnot auf den meisten Deponien wird eine Verbrennung der Klärschlämme angestrebt. Eine wirtschaftliche Verbrennung ist nur durch eine möglichst hohe Aufkonzentrierung der Schlammfeststoffe erreichbar. Der spezifische Wassergehalt (kg Wasser/kg Schlammfeststoff) der zu verbrennenden Schlämme sollte möglichst gering sein. Bei bekannten Verfahren werden die Schlämme auf Dekanter oder Siebbandpressen unter Verwendung organischer Flok kungsmittel entwässert. In diesen Fällen muss zur weiteren fkonzentrierung der entwässerten Klärschlämme eine energiezehrende Trocknung nachgeschaltet werden, um eine wirtschaftliche Verbrennung durchführen zu können. Auch bei dem verbreitesten Entwässerungsverfahren, der einstufigen Entwässerung auf einer Kammerfilterpresse unter Verwendung von Eisensalzen und Kalk als Entwässerungshilfsmittel und unter Verwendung inerter Zuschlagstoffe, wie z.B. Asche, Sand, Steinmehl, werden Filterkuchen erzeugt, die als solche für eine Verbrennung nicht geeignet sind. Es müssen erhebliche Mengen Zusatzbrennstoffe wie Kohle und/oder öl zugeschlagen werden. Ausserdem stören die durch den Kalk hervorgerufenen Beläge und Verkrustungen an den Verbrennungseinrichtungen. Nach einem anderen Entwässerungsverfahren (DE-OS 29 20 350) ist eine weitergehende maschinelle Entwässerung von Klärschlämmen auf Kammerfilterpressen unter Verwendung organischer Flockungsmittel erreichbar. Die Klärschlämme werden unter definierten Bedingungen mit organischen Flockungsmitteln vorbehandelt, durch Schwerkraftfiltration von der Hauptmenge des Schlammwassers befreit und dann der Druckfiltration auf einer Kammerfilterpresse unterworfen. Durch die vorherige Aufkonzentrierung der Schlammfeststoffe bis in den Bereich von 10 bis 20 % erlangen die Schlammflocken eine fur das Verfahren ausreichende mechanische Stabilität. Die Klärschlämme können ohne Schädigung gefördert, gepumpt und bis zu einem Pressdruck von 15 bar der Druckfiltration unterworfen werden. Die erzielten Schlammfeststoffgehalte liegen bei Klärschlämmen, die einen organischen Anteil am Schlammfeststoff von weniger als 65 % besitzen, so noch, dass die Heizwerte der Filterkuchen im Bereich der selbstgängigen Verbrennung liegen. Bei Klärschlämmen mit einem höheren Anteil organischer Substanz am Schlammfeststoff ist ein geringer Zusatz von Kohleschlamm erforderlich, um selbstgängig verbrennbare Filterkuchen zu erhalten. Der Kohleschlamm wird den Klärschlämmen zugesetzt, bevor die organischen Flockungsmittel zugegeben werden. Bei diesem Verfahren ist es mitunter erforderlich, die Schichtdicken der Filterkammern zum Zwecke der Erzielung besonders hoher Schlammfeststoffgehalte zu vermindern. Aufgabe der Erfindung war es demnach, ein Entwässerungsverfahren zu erarbeiten, das die vorgenannten Nachteile nicht besitzt. Vor allem soll die Reduzierung der Schichtdicken der Filterkammern vermieden und eine Verbesserung sowie Erweiterung des Entwässerungsverfahrens gemäss der DE-OS 29 20 350 angestrebt werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Entwässerungsverfahren zu erarbeiten, das Filterkuchen liefert, deren gesamter Wärmeinhalt bei einer Verbrennung in einem Kraftwerk anstelle von Primärenergieträgern in Strom und Dampf umgewandelt werden kann. Diese Aufgaben wurden erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man die Zuschlagstoffe, wie feinteilige Kohlen oder Aschen oder deren Gemische, in einer Menge von 0,5 - 1,5 Gewichtsteilen je Gewichtsteil Schlammfeststoff zusetzt und die Klärschlämme bereits vor oder während dem Einmischen der Zuschlagstoffe mit organischen Flockungsmitteln in einer Menge von 1 bis 7 kg organisches Flockungsmittel/t Schlammfeststoff versetzt. Nach einer besonderen Ausbildung der'Erfindung erfolgt die Behandlung der Klärschlämme mit den organischen Flockungsmitteln vor dem Einmischen der Zuschlagstoffe und zwar in der Weise, dass die Klärschlämme in einem Rührbehälter innerhalb von 1 bis 3 Minuten bei Rührerdrehzahlen von 5 bis 50 min 1 mit der Flockungsmittellösung vermischt werden, oder, dass die Klärschlämme in statischen Rohrmischern, die in ihrem innern Wendeln besitzen, in weniger als 1 Minute mit der Flockungsmittellösung in Kontakt gebracht werden. Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die Behandlung der Klärschlämme mit den organischen Flockungsmitteln gleichzeitig mit dem Einmischen der Zuschlagstoffe in einem Mischer innerhalb von 1 bis 5 Minuten und bei Rührer -1 drehzahlen von 5 bis 50 min 1 erfolen. Als organische Flockungsmittel fUr das erfindungsgemässe Verfahren werden Flockungsmittelmischungen eingesetzt, die aus einem Flockungsmittel mit 30 bis 40%iger kationischer Modifizierung und aus einem Flockungsmittel mit 70 bis 90%iger kationischer Modifizierung bestehen und deren Mischungsverhältnis 1 : 3 bis 3 : 1, bevorzugt 1 : 1 beträgt. Unter Klärschlämmen sollen verstanden werden: Primärschläm- me, die in der Vorklärstufe einer Kläranlage durch Sedimentation erhalten werden, Belebtschlämme (überschussschlämme) aus biologischen Kläranlagen, Mischschlämme, die eine Abmischung von Belebtschlämmen mit Primärschlämmen darstellen, Faulschlämme, mineralisierte Schlämme, die z.B. durch LangzeitbelUftung bei Umgebungstemperatur entstehen. Die Schlämme können kommunaler, industrieller oder gemischter Herkunft sein. Die Schlammfeststoffgehalte dieser Klärschlämme können innerhalb weiter Grenzen schwanken. Im allgemeinen werden jedoch Schlämme eingesetzt, die durch Schwerkraftsedimentation in Eindickern aufkonzentriert worden sind. Die Schlammfeststoffgehalte liegen dann z.B. bei Belebtschlämmen im Bereich von 2 bis 4 Gew.%, bei Faulschlammen im Bereich von 4 bis 10 Gew.% und bei Primärschlämmen im Bereich von 5 bis 12 Gew.%. als organische Flockungsmittel können handelsübliche Marken eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich um wasserlösliche, makromolekulare Verbindungen, die durch Polymerisation oder durch Copolymerisation von Acrylamid, von Acrylsäure und/oder ihren Salzen oder von Estern der Acrylsäure bzw. Methacrylsäure, die über ihre Alkoholkomponente speziell modifiziert worden sind. Diese Flockungsmittel unterscheiden sich ausserdem noch durch ihre unterschiedliche elektrische Ladung (kationisch, anionisch oder elektroneutral) und durch ihren Polymerisationsgrad. Die Auswahl eines geeigneten Flockungsmittels nach Art und Menge erfolgt nach bekannten Methoden bereits im Labormass- stab. Die Vorauswahl der organischen Flockungsmittel, die für die durchgreifende Verbesserung des Entwässerungsverhaltens der erfindungsgemässen Schlammgemische eingesetzt werden sollen, erfolgte nach den Methoden, die in der DE-OS 28 37 017 beschrieben worden sind. Bei der Flockungsreaktion sollen möglichst Schlammflocken entstehen, die eine besondere hohe mechanische Stabilität besitzen. Es wurde überraschend gefunden, dass Mischungen von organischen Flockungsmitteln, die aus einem Flockungsmittel mit 30 bis 40%iger kationischer Modifizierung und aus einem Flockungsmittel mit 70 bis 90%iger kationischer Modifizie rung bestehen, besonders mechanisch stabile Schlammflocken liefern. Das Mischungsverhältnis kann im Bereich 1 : 3 bis 3 : 1 schwanken. Bevorzugt wird jedoch ein Mischungsverhältnis von 1 : 1. tie erforderlichen Flockungsmittelmengen liegen im Bereich von 1 bis 7 kg Wirkstoff/t Schlammfeststoff. Sie sind abhängig von der Art des jeweiligen Schlamms und von der Feststoffkonzentration. Die Flockungsmittel werden in Form ihrer 0,05 - 0,2%igen wässrigen Lösungen eingesetzt. Die Herstellung solcher verdünnter Flockungsmittellösungen aus den festen und flüssigen Handelsprodukten erfolgt nach den bekannten Methoden. in handelsüblichen Vorrichtungen. Die Flockungsmittellösungen werden direkt in die Schlamm leitung nach der Schlammpumpe zudosiert. Hierbei können Eintragshilfen wie z.B. ein Kegelmischer oder ein statischer Mischer mit geringem Querschnitt vorteilhaft sein. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden den durch Schwerkraftsedimentation eingedickten Klärschlämmen Zuschlagstoffe wie feinteilige Kohlen und Aschen zugefügt. Als feinteilige Kohlen kommen in Betracht: Feinkohlen, die bei der Trennung von Feinkohle und Gangart (Berge) durch Flotation und nachf olgender Entwässerung gewonnen werden. Auch Kohleschlämme, die bei Nassaufbereitungsverfahren entstehen, sind geeignet. Ferner können Siebfraktionen von Kraftwerkskohlen oder von Grünkoks aus Raffinerien bis zu einer Korngrösse von 1 mm verwendet werden. Als weitere Zuschlagstoffe werden Aschen der verschiedensten Herkunft verwendet. Besonders wirtschaftlich ist die Verwendung von Aschen, die bei der Verwendung der Klärschlämme anfallen. Hierbei ist zu beachten, dass die Aschen möglichst kalkfrei sind und einen pH-Wert von 6 bis höchstens 8 besitzen. Eine Asche, deren pH-Wert grösser als 8 beträgt, beeinflusst die nachfolgende Flockungsreaktion nachteilig. Die Zusatzmengen der Zuschlagstoffe hängen von der jeweiligen Zielsetzung ab. Für den Fall, dass selbstgängig verbrennende Filterkuchen erzeugt werden sollen, liegen die Mengen verhältnisse von Schlammfeststoff (STS) : Kohlefeststoff (KTS) :Asche (A) im Bereich von 1 : 0,2 : 0,3 bis 1 : 0,5 : 1,0. Werden Filterkuchen angestrebt, die als Brennstoff für Kraftwerke geeignet sind, d.h. wenn die Filterkuchen einen besonders hohen Heizwert haben sollen und die spezifischen Wassergehalte ein Minimum aufweisen sollen, dann wird auf einen Aschezusatz verzichtet und nur feinteilige Kohle zugeschlagen. Als besonders günstig erwiesen sich Mischungsverhältnisse im Bereich von STS : KTS - 1 : labis 1 : 1,5. Die Zuschläge werden in den Klärschlämmen mit Hilfe von Mischwerken homogen verteilt. Diese können absatzweise oder kontinuierlich betrieben werden. Die Verweilzeit in den Mischern beträgt 1 bis 5 Minuten. Die Rührerdrehzahlen liegen im Bereich von 5 bis 50 min Die Behandlung der Klärschlämme mit den organischen Flokkungsmitteln kann wegen der besonders hohen mechanischen Stabilität der Schlammflocken, die bei Anwendung der erfin- dungsgemässen Flockungsmittelgemische erzielt wird, bereits vor dem Einmischen des Zuschlagstoffes vorgenommen werden. Es wurde überraschend gefunden, dass bei dieser Verfahrensweise die Schlammgemische ihre höchste Entwässerbarkeit bei Druckfiltration auf der Filterpresse erlangen. Die Vorbehandlung der eingedickten Klärschlämme mit den wässrigen 0,05 - 0,2%igen Flockungsmittellösungen kann in einem vertikal von unten nach oben durchströmten Rührbehälter (dynamischer Flockungsreaktor) innerhalb von 1 - 3 Minuten bei Rührerdrehzahlen von 5 - 50 min 1 erfolgen. Die Flockungsreifezeiten und der günstigste Energieeintrag kann nach der in der Deutschen Patentanmeldung AZ: P 29 20 434.0 beschriebenen Methode ermittelt werden. Diese Vorbehandlung kann ebenso erfolgreich in statischen Rohrmischern, die in ihrem Innern Wendeln besitzen, durchgeführt werden. Die Flockungsreifezeiten betragen in diesem Falle wegen der besonderen hydraulischen#Verhältnisse weniger als 1 Minute. In der Regel werden mehrere Mischerelemente hintereinander geschaltet. Diese Mischstrecke (statischer Flockungsreaktor) ist dann Bestandteil der Schlammleitung. Nach einer anderen Ausführungsform kann die Behandlung der Klärschlämme mit weiteren Mengen organischer Flockungsmittel gleichzeitig mit dem Einmischen der Zuschlagstoffe in einem Mischwerk innerhalb von 1 - 5 Minuten und bei RUhrer -1 drehzahlen von 5 - 50 min 1 erfolgen. In diesem Falle dient der Mischer ebenfalls als Flockungsreaktor. Die für die Flockung erforderliche Flockungsreifezeit und der notwendige Energieeintrag können bei dieser Arbeitsweise erreicht werden. Durch diese Art der Vorbehandlung werden bei einigen Schlammmischungen ebenso günstige Entwässerungseffekte erzielt wie bei der vorher beschriebenen Arbeitsweise. Nach der beschriebenen Schlammvorbehandlung werden die geflockten Schlammgemische, welche-die Zuschlagstoffe enthalten, der ersten Entwässerungsvorrichtung zugeleitet und der Schwerkraftfiltration unterworfen. Als besonders geeignete Apparate erwiesen sich kontinuierlich arbeitende, zylinderförmige Siebtrommeln. Im Innern dieser Siebtrommeln befindet sich ein zylinderförmiger Käfig, auf dessen Um fangs fläche das Filtergewebe aufgezogen wurde. Die Filtergewebe können aus Metalldraht oder aus Synthesefasern wie z.B. Polypropylen- oder Polyesterfasern bestehen. Die Eiebtrommeln können in ihrem Innern ausserdem noch oberflächenerneuernde Einbauten besitzen, so dass.der Schlamm beim Durchlauf intensiv gewendet wird. Solche Einbauten sind Leitbleche, Wehre oder Hohlwendeln. Die Verweilzeit des zu entwässernden Klärschlamms in der Siebtrommel wird ausser durch die Länge des Apparates und den Durchsatz noch durch den Füllgrad bestimmt. Die Siebtrommeln arbeiten bei Drehzahlen von 1 bis 20 U/min. Die Verweilzeiten in dieser. Ent- wässerungsstufe betragen 1 bis 10 Minuten und insbesondere 2 bis 5 Minuten. Nach dieser Schwerkraftfiltration werden Schlammfeststoffgehalte von 12 bis 24 Gew.% erzielt und es werden bereits 50 bis 80 % des Wassers abgetrennt. Die vor entwässerten Schlammgemische werden in einem Zwischenbehälter, der als Mengenpuffer dient, gesammelt und von hier aus in die Filterpressen gefördert. Als Filterpressen kommen Kammerfilterpressen, Rahmenfilterpressen oder Membranfilterpressen in Betracht. Bei Verwendung von Zuschlagstoffen in einer Menge von 0,5 - 1,5 Ge wicht steilen je Gewichtsteil Schlammfeststoff kann auch in grösseren Schichtdicken bis zu 40 mm gepresst werden. Dies ist ein Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens, da jetzt auch bei Verwendung organischer Flockungsmittel als Entwäs serungshilfsmittel anstelle von Eisensalzen und Kalk in grösseren Schichtdicken gearbeitet werden kann. Die Presszeiten liegen mit 60 bis 90 Minuten günstiger als bei einer einstufigen Entwässerung auf Filterpressen. Infolge der Vorentwässerung durch Schwerkraftfiltration wird demnach Filterpressen-Kapazität eingespart. Es werden Pressdrücke bis 15 bar angewandt. Bei Einhaltung der erfindungs gemässen Massnahme lösen sich die Presskuchen einwandfrei von den Filtertüchern ab, so dass ein selbst-tätiger Abwurf erfolgen kann. Die erzielten Feststoffgehalte in den Presskuchen lagen überraschend hoch: Bei der Verfahrensweise, bei der den Klärschlämmen feinteilige Kohlen in den Mengenverhältnissen von STS : KTS 1 : 1 - 1 : 1,5 zugeschlagen werden, können Feststoffgehalte in den Presskuchen von 55 - 65 % erreicht werden. Die spezifischen Wassergehalte der Presskuchen liegen im Bereich von 1,3 - 1,6 kg Wasser/kg Schlammfeststoff. Die Heizwerte betragen 9200 - 14600 kJ/kg (2200 - 3500 kcal/kg). Aufgrund der hohen Heizwerte und der niedrigen spezifischen Wassergehalte sind diese Presskuchen als Brennstoff für Kraftwerke geeignet. Die besonderen Vorteile dieser Verfahrensvariante bestehen darin, dass einerseits die feinteilige Kohle, die zunächst als Filterhilfsmittel diente, in vollem Umfang als Primärenergieträger eingesetzt werden kann. Andererseits kann auch der gesamte Wärmeinhalt der Klärschlämme aus dem organischen Anteil des Schlammfeststoffes (oTS) zur Gewinnung von Strom und Dampf ausgenutzt werden. Diese Verfahrensvariante ist von besonderer Bedeutung für kommunale GroR- kläranlagen, da kommunale Klärschlämme besonders energiereich sind und günstige Voraussetzungen für die Verbrennung liefern. Bei der Verfahrensvariante, bei der den Klärschlämmen feinteilige Kohlen und Aschen in den ngenverhältnissen von STS : KTS : A = 1 : 0,2 : 0,3 - 1 : 0,5 : 1,0 zugeschlagen werden, können Feststoffgehalte in den Presskuchen von 50 - 65 % erhalten werden. Die spezifischen Wassergehalte der Presskuchen liegen im Bereich von 1,2 bis 1,8 kg Was ser/kg Schlammfeststoff. Die Heizwerte betragen 4600 6300 kJ/kg (1100 - 1500 kcal/kg). Diese Presskuchen können selbstgängig in Wirbel- oder Etagenöfen verbrannt werden. Diese Verfahrensvariante gestattet eine kostengünstige Be N seitigung der Klärschlämme bei minimalem Energieeinsatz, -wenn eine Verbrennung in einem Kraftwerk unter Energiegewinnung nicht möglich ist. Der Vorteil dieser Variante des erfindungsgemässen Verfahrens gegenüber den Verfahren nach dem Stande der Technik besteht darin, dass durch die weitergehende mechanische Ent wässerung unmittelbar selbstgängig verbrennbare Filterkuchen erzeugt werden. Eine energieaufwendige Trocknung der entwässerten Klärschlämme oder ein Zusatz von grösseren Mengen feinteiliger Kohle und/oder Heizöl ist daher nicht mehr erforderlich. Durch das erfindung#gemässe Verfahren wird demnach ein nutzbarer Primärenergieträger aus den Klärschlämmen gewonnen oder Primärenergie bei der Beseitigung der Schlämme eingespart. Bei der Verbrennung in Wirbelöfen wird eine höhere Betriebssicherheit durch die kalkfreie Fahrweise erreicht. In Folge der hohen Volumenreduzierung ist eine bessere Kapazitätsausnutzung bei den Entwässerungs- und Verbrennungsvorrichtungen möglich. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Beispielen näher erläutert. Die dort angegebenen Prozentzahlen sind immer Gewichtsprozente. Bei den Beispielen 1 - 4 wurde ein Mischschlamm aus einer mechanisch biologischen Kläranlage verwendet, der aus 80 Teilen Belebtschlamm und aus 20 Teilen Primärschlamm besteht und dessen organischer Anteil am Schlammfeststoff g5 % beträgt. Der Mischschlamm wurde in einem Rundeindicker durch Schwerkraftsedimentation aufkonzentriert. Der Feststoffgehalt des eingedickten Mischschlamms betrug 4,5 %. Beispiel 1 Flockung In dem oben charakterisierten Mischschlamm wurde mit Hilfe eines Kegelmischers, der in die Schlammleitung eingebaut wurde, eine 0,2%ige wässrige Lösung eines Flockungsmittel -Gemisches, das aus gleichen Teilen eines organischen Flokkungsmittels mit 40%iger kationischer Modifizierung und eines organischen Flockungsmittels mit 90%iger kationischer Modifizierung besteht, verteilt. Die gesamte Zugabemenge an organischen Flockungsmitteln betrug 6,4 kg Wirkstoff/t Schlammfeststoff. Der das Flockungsmittelgemisch enthaltende Mischschlamm wurde dann 2 Minuten lang in einem vertikal durchströmten zylindrischen Behälter unter Rühren behandelt. Die Rührerdrehzahl des verwendeten Schneckenrührers betrug 20 min Konditionierung Danach wurde dem geflockten Schlamm in einem Doppelwellenmischer innerhalb von 3 Minuten und bei einer Rührerdrehzahl von 20 min 1 eine 50%ige wässrige Suspension von Kohleschlamm und Klärschlammasche zugegeben, und zwar in der Menge, dass das Verhältnis von STS : KTS : A wie 1 : 0,3 : 0,6 beträgt. Der Heizwert des Trockenstoffgehaltes des eingesetzten Kohlenschlamms betrug Hu: 23000 kJ/kg (55 keal/kg). Der gesamte Feststoffgehalt dieses Schlammgemisches betrug 7,1 %. 5 chwerkraftfi ltrati on Der geflockte und konditionierte Schlamm wurde in einer horizontalen Siebtrommel, die sich mit einer Drehzahl von 8 min 1 drehte, innerhalb von 3,5 Minuten bis auf einen Feststoffgehalt von 19,2 % durch Schwerkraftfiltration vor entwässert. Druckfiltration Der vorentwässerte Schlamm wurde in einem Sammelbehälter eingetragen und von dort mit Hilfe von Kolbenmembranpumpen in eine Kammerfilterpresse gefördert, deren Plattenabstand 33 mm betrug. Die Druckfiltration erfolgte bis zu einem Enddruck von 15 bar. Die Presszeit betrug 90 min. Die Presskuchen lösen sich selbst-tätig von den Filtertüchern ab. Daten der Presskuchen Feststoffgehalt: 60,3 % spez. Wassergehalt: 1,25 kg Wasser/kg STS Heizwert Hu: 5856 kJ/kg (1401 kcal/ kg) Die Presskuchen konnten in einem Wirbelofen selbstgangig gebrannt werden. Beispiel 2 Es wurde wie in Beispiel 1 angegeben verfahren, jedoch erfolgte der Zusatz der 0,2%igen wässrigen Flockungsmittel lösung gleichzeitig mit dem Einmischen der Zuschlagstoffe in dem Doppelwellenmischer unter denselben Bedingungen. Nach der Schwerkraftfiltration auf der Siebtrommel betrug der Feststoffgehalt 18,9 X.. Die Presskuchen konnten nach der Druckfiltration auf der Kammerfilterpresse selbsttätig abgeworfen werden. Daten der Presskuchen Feststoffgehalt: 59,1 % spez. Wassergehalt: 1,32 kg Wasser/kg STS Heizwert Hu: 5693 kJ/kg (1362 kcal/kg) Die Presskuchen konnten in einem Wirbelofen ohne Zusatzbrennstoff verbrannt werden. Dieses Beispiel zeigt, dass auch bei der vereinfachten Verfahrensweise bei Flockung und Koflditionierung die Aufgabe gemäss Erfindung erreicht werden kann. Beispiel 3 Flockung In dem Mischschlamm wurde mit Hilfe eines Kegelmischers eine 0,1%ige wässrige Lösung eines Flockungsmittelgemisches, das aus einem Teil eines organischen Flockungsmittels mit 40¯iger kationischer Modifizierung und aus 2 Teilen eines organischen Flockungsmittels mit 90%iger kationischer Modifizierung besteht, verteilt. Die gesamte Zugabemenge an organischen Flockungsmitteln betrug 5,5 kg Wirkstoff/t STS. Danach durchströmte der das Flockungsgemisch enthaltende Schlamm eine Mischstrecke, die aus mehreren hintereinandergeschalteten statischen Rohrmischern (Fabrikat Kenics) bestand. Die Verweilzeit in dieser Mischstrecke betrug 30 Sekunden. Konditionierung Der geflockte Schlamm wurde dann in einem Doppelwellenmi scher innerhalb von 3 Minuten und bei einer Rührerdrehzahl von 25 min 1 mit feinteiliger Konle versetzt. Das Mengenverhältnis von STS : KTS betrug 1 : 1,3. Die feinteilige Kohle war ein Flotationskonzentrat mit einem Heizwert von Hu: 31 000 kJ/kg (7400 kcal/kg). Der gesamte Feststoffgehalt dieses Schlammgemisches betrug 7,9 %. Schwerkraftfiltration Der vorbehandelte Schlamm wurde in einer horizontalen Siebtrommel, die sich mit einer Drehzahl von 10 min drehte, innerhalb von 3 Minuten bis auf einen ¯Festst#ffgehalt von 22,5 durch Schwerkraftfiltration vorentwässert. Druckfiltration Die Druckfiltration erfolgte wie in Beispiel i beschrieben. Die Presszeit betrug 70 min. Die Presskuchen waren trocken und lösten sich einwandfrei von den Filtertüchern ab. Daten der Presskuchen Feststoffgehalt: 62,5 % spez. Wassergehalt: 1,38 kg Wasser/kg STS Heizwert Hu: 13982 kJ/kg (3345 kcal/kg) Der Heizwert liegt im Bereich einer guten Braunkohle (Hu: 2500 - 3500 kcal/kg). Die Presskuchen konnten in einem Kraftwerkskessel unter Gewinnung von Sekundärenergie (Strom und Dampf) verfeuert werden. Beispiel 4 Es wurde wie in Beispiel 3 angegeben -verfahren, jedoch erfolgte der Zusatz der 0,1%igen wässrigen Flockungsmittellösung gleichzeitig mit dem Einmischen der feinteiligen Kohle in dem Doppelwellenmischer unter denselben Bedingungen. Der Feststoffgehalt nach der Vorentwässerung auf der Siebtrommel betrug 18,8 %. Nach der Druckfiltration auf der Kammerfilterpresse konnten die Presskuchen selbsttätig abgeworfen werden. Daten der Presskuchen Feststoffgehalt 61,2 % spez. Wassergehalt: 1,46 kg Wasser STS Heizwert: 13644 kJ/kg (3264 kealXkg) Auch diese Presskuchen konnten in einem Kraftwerk verfeuert werden. Beispiel 5 In diesem Beispiel wurde ein Primärschlamm verwendet, der in der Vorklärstufe einer Kläranlage abgetrennt worden ist. Er wurde in einem Rundeindicker durch Schwerkraftsedimentation innerhalb von 24 Stunden bis auf 6,5 % Feststoffgehalt aufkonzentriert. Der organische Anteil am Schlammfeststoff (oTS) betrug: 51,5 %. Der Heizwert des Schlammèst- torrgehaltes dieses Primärschlamms betrug Hu: 12960 kJ/kg (3100 kcal/kg). Flockung In dem Primärschlamm wurde mit Hilfe eines Kegelmischers eine 0,1#ige wässrige Lösung eines Flockungsmittelgemisches, das aus 2 Teilen eines organischen Flockungsmittels mit 30%iger kationischer Modifizierung und aus 1 Teil eines organischen Flockungsmittels mit 90%iger kationischer Modifizierung besteht, verteilt. Die gesamte Zugabemenge an organischen Flockungsmitteln betrug 2,5 kg Wirkstoff/t STS. Der das Flockungsmittelgemisch enthaltende Schlamm wurde dann 2 Minuten lang in einem vertikal durchströmten zylindrischen Behälter unter Rühren behandelt. Die Rührerdreh- zahn des Schneckenrührers betrug 30 min 1. Könditionierung Danach wurde dem geflockten Schlamm in einem Doppeiwellen- mischer innerhalb von 4 Minuten und bei einer Rührerdreh- zahl von 25 min 1 feinteilige Kohle (Flotationskonzentrat), die bereits im Beispiel 3 verwendet wurde, zugegeben. Die Zugabemenge wurde so gewählt, dass das Mengenverh ltnis von STS : KTS = 1 : 1,5 betrug. Der gesamte Feststoffgehalt des Schlammgemisches betrug 12,9 %. Schwerkraftfi ltrati on Der vorbehandelte Schlamm wurde in einer horizontalen Siebtrommel, die sich mit einer Drehzahl von 10 min 1 drehte, innerhalb von 3 Minuten bis auf einen Feststoffgehalt von 20,8 % durch Schwerkraftfiltration vorentwässert. Druckfiltration Die Druckfiltration erfolgte wie in Beispiel 1 beschrieben. Nach einer Presszeit von 75 Minuten konnten die Presskuchen selbsttätig abgeworfen werden. Daten der Presskuchen Feststoffgehalt: 63,0 % spez. Wassergehalt: 1,47 kg Wasser/kg STS Heizwert Hu: -14053 kJ/kg (3362 kcal/kg) Die Presskuchen sind als Heizmaterial für ein Kraftwerk geeignet. Zur Ermittlung des günstigsten Zugabeortes der organischen Flockungsmittel für die erfiyidungsgemässe Entwässerung im Laborversuch wurden an fünf aufeinanderfolgenden Tagen Mischschlamm-Proben untersucht, die nach Herkunft, Zusam- mensetzung und Eindickbedingungen dem Mischschlamm, der in den Beispielen 1 bis 4 verwendet wurde, entsprach. Der Feststoffgehalt der eingedickten Mischschlamm-Proben lag im Bereich von 4,2 - 4,8 % und der organische Anteil an Schlammfeststoff lag im Bereich von 64,8 - 66,7 %. Die Schlammvorbehandlung erfolgte jeweils nach 3 Methoden: Methode A 500 ml Mischschlamm werden in ein 1 l-Becherglas (hohe Form) gegeben. Dann wird unter Rühren bei 50 min 1 mit einem Blattrührer eine 0,2 ige wässrige Flockungsmittel ¯Lösung innerhalb von 10 Sekunden zugegeben. Der geflockte Schlamm wird noch 120 Sekunden lang bei der angegebenen Rührerdrehzahl behandelt. Anschliessend wird die Rührerdrehzahl auf 200 min 1 erhöht und es werden die jeweiligen Zuschlagstoffe (feinteilige Kohlen, Aschen) in den angegebenen Mengen innerhalb von 30 Sekunden zugegeben. Die gesamte Mischzeit beträgt 3 Minuten. Methode B 500 ml Mischschlamm werden in ein 1 l-Becherglas gegeben. Dann werden unter Rühren bei einer Rührerdrehzahl von 200 min 1 nacheinander Zuschlagstoffe und Flockungsmittellösung innerhalb von 30 Sekunden zugegeben. Die gesamte Mischzeit beträgt 3 Minuten. Methode C 500 ml Mischschlamm werden in ein 1 1-Becherglas gegeben. Unter Rühren bei einer Rührerdrehzahl von 200 min"1 werden nacheinander die Zuschlagstoffe innerhalb von 30 Sekunden zugegeben. Die gesamte Mischzeit beträgt 3 Minuten. Danach wird die Rührerdrehzahl auf 50 min 1 zurückgenommen und es wird die Flockungsmittellösung innerhalb von 10 Sekunden hinzugefügt. Das geflockte Schlammgemisch wird noch 120 Sekunden bei der angegebenen Rührerdrehzahl behandelt. Die Rührerdrehzahlen wurden beim Untermischen der Zuschlagstoffe gegenüber den Praxisversuchen in den Beispielen 1 bis 4 erhöht, damit ein vergleichbarer Energieeintrag erfolgt. tDie Schlaininproben, die nach den Methoden A, B und C vorbehandelt worden sind, wurden in einem 1. Entwässerungsschritt der Schwerkraftfiltration innerhalb von 30 Minuten und in einem 2. Entwässerungsschritt der Druckfiltration auf einer Laborpresse unterworfen. Es wurde 1 Minute lang bei wachsendem Druck und 2 Minuten bei einem konstanten Druck von 10 bar entwässert. Vergleichsbeispiel 1 Bei diesen Versuchen wurde den Mischschlammproben Seintei- lige Kohle (ein Kohleschlamm in Form einer eigen wässrigen Suspension) und Klärschlammasche zugegeben. Das Mengenverhältnis von STS : KTS : A betrug in allen Fällen 1 : 0,3 : o,6. Als Flockungsmittelldsung wurde eine 0,2%ige wässrige Lösung eines Flockungsmittelgemisches, das aus gleichen Teilen eines organischen Flockungsmittels mit 40%iger kationischer Modifizierung und eines organischen Flockungsmittels mit 90%iger kationischer Modifizierung besteht, verwendet. Die gesamte Zugabemenge an organischen Flockungsmitteln betrug 6,0 g Wirkstoff/kg STS. Folgende Entwässerungs grade (Feststoffgehalt der Filterkuchen) wurden nach Schwerkraftfiltration und nach Druckfiltration ermittelt: Schwerkraftfiltration Druckfi ltration x 5 x s Methode A 16,7 % 0,9 57,6 % 0,8 Methode B 16,7 % 0,9 57,1 % 1,4 Methode C 15,8 % 1,2 54,2 % 2,5 (x = Mittelwert, s = STandardabweichung) L ¯Vergleichsbeispiel 2 Bei dieser Versuchsreihe wurde dem Mischschlamm als Zuschlag stoff ein Flotationskonzentrat zugegeben. Das Mengenverhältnis von STS : KTS betrug 1 : 1 > 3. Als Flockungsmittellösung wurde eine 0,21ge wässrige Lösung eines Flockungsmittelgemisches, das aus einem Teil eines organischen Flockungsmittels mit 40%iger kationischer Modifizierung und aus 2 Teilen eines organischen Flockungsmittels mit 90%iger kationischer Modifizierung besteht, verwendet. Die gesamte Zugabemenge an organischen Flockungsmitteln betrug 5,5 g Wirkstoffikg STS. Es wurden folgende Feststoffgehalte der Filterkuchen nach Schwerkraftfiltration und nach Druckfiltration ermittelt: Schwerkraftfiltration Druckfiltration x s x s Methode A 17,8 % 0,5 60,5 % 1,4 Methode B 17 > 6 % 0,6 59,5 % 2,1 Methode C 16,2 % 1,3 58,1 % 2,6 (x = Mittelwert, s = Standardabweichung) Die Vergleichsbeispiele 1 und 2 zeigen, dass bei der erfin dungsgemässen Zugabe der Flockungsmittel vor oder während des Einmischens der Zuschlagstoffe die günstigsten Entwäs serungseffekte mit den geringeren Schwankungsbreiten erzielt werden. Beispiele 6 und 7 (Verwendung von Grünkoks und Kraftswerks- kohle) Es wurde ein Mischschlamm verwendet, der auch in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 eingesetzt wurde. Der Feststoffgehalt des eingedickten Schlamms betrug 4,6 %, der organische Anteil an Schlammfeststoff 6s,o %. Die Schlammvorbehandlung mit den organischen Flockungsmitteln und den Zuschlagstoffen erfolgte nach Methode A. Die Schwerkraftfiltration und die Druckfiltration wurde, wie bei den Vergleichsversuchen 1 und 2 angegeben, durchge- führt. Als Flockungsmittellösung wurde eine 0,2%ige wässrige Lösung eines Flockungsmittelgemisches eingesetzt, das aus gleichen Teilen eines organischen Flockungsmittels mit 40%iger kationischer Modifizierung und eines organischen Flockungsmittels mit 90%iger kationischer Modifizierung besteht, verwendet. Die gesamte Zugabemenge an organischen Flockungsmitteln betrug 5,5 g Wirkstoff/kg STS. Als Zuschlagstoffe wurden Siebfraktionen mit Korngrössen kleiner als 1 mm von Grünkoks aus einer Raffinerie (Beispiel 6) und von einer Kraftwerkskohle (Beispiel 7) verwendet. Das Mengenverhältnis von STS : KTS betrug 1 : 1,3. Die Heizwerte des Trockenstoffs der feinteiligen Kohlen betragen: Grünkoks: Hu: 35100 kJ/kg (8400 kcal/kg) Kraftwerkskohle: H: 29700 kJ/kg (7100 kcal/kg) Daten der Filterkuchen Beispiel 6 Beispiel 7 (Grünkoks) (Xraftwerks kohle) Feststoffgehalte (¯#o) nach Schwerkraftfiltration 17,2 16,8 nach Druckfiltration 62,8 60,5 Spez. Wassergehalte 1,36 1,50 (kg Wasser/kg STS) Heizwerte (kJ/kg) 15 550 13 033 (keal/kg) 3 720 3 118 Die Beispiele 6 und 7 zeigen, dass Grünkoks und Kraftwerkskohle ebenso als feinteilige Kohlen bei dem erfindungsgemassen Verfahren eingesetzt werden können. Vergleichsbeispiel 3 Bei der Durchführung des Beispiels 1 wurde dem geflockten, konditionierten und vorentwässerten Schlamm, der aus einem Sammelbehälter mit Hilfe einer Kolbenmembranpumpe in eine Kammerfilterpresse gefördert wurde, vor und nach der Pumpe eine Probe entnommen. Die Probeentnahmen erfolgten,als der Pressdruck 15 bar erreicht hatte. Die Proben wurden im Labor der Druckfiltration auf einer Laborpresse unterworfen. Es wurde 1 Minute lang bei wachsendem Druck und 2 Minuten bei einem konstanten Druck von 10 bar entwässert. #um Vergleich wurde ein nicht erfindungsgemässes Flockungsgemisch eingesetzt, das aus einem Teil eines organischen Flockungsmittels mit 70piger kationischer Modifizierung und aus 2 Teilen eines organischen Flockungsmittels mit 90%der kationischer Modifizierung bestand. Sonst wurde wie in Beispiel 1 beschrieben verfahren. Die Probenahme und die Überprüfung auf der Laborpresse erfolgte unter vergleichbaren Bedingungen wie oben ausgeführt. Feststoffgehalt der Presskuchen (Laborpresse) Ort der Probenahme: vor Pumpe nach Pumpe Beispiel 1 57,3 % 56,9 % (mit einem erfindungsgemässen Flockungsmattelgemisch) Vergleichsbeispiel 3 54,0 % 48 > 9 % (mit einem nicht erfindungsge massen Flockungsmittelgemisch) Dieses Vergleichsbeispiel zeigt die hohe mechanische Belastbarkeit der Schlammflocken, die bei Verwendung des er findungs gemässen Flockungsmittelgemis ches und bei Anwendung der erfindungsgemässen Verfahrensweise entstehen.

Claims: 'Patentansprüche 1. Verfahren zum Entwässern von Klärschlämmen, die mit Zuschlagstoffen, wie feinteiligen Kohlen oder Aschen oder deren Gemischen, homogen vermischt worden sind, denen organische Flockungsmittel zugegeben wurden, aus denen in einem ersten Entwässerungsschritt die Haupt menge des Wassers durch Schwerkraftfiltration ohne An legen einer Druckdifferenz abgetrennt worden ist und die in einem zweiten Entwässerungsschritt durch Druck filtration auf Filterpressen weitergehend entwässert werden, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zuschlag stoffe, wie feinteilige Kohlen oder Aschen oder deren Gemische, in einer Menge von 0,5 bis 1,5 Gewichtstei len je Gewichtsteil Schlammfeststoff zusetzt und die Klärschlämme bereits vor oder während des Einmischens der Zuschlagstoffe mit organischen Flockungsmitteln in einer Menge von 1 bis 7 kg prganlschesFlockungs- mittelt Schlammreststorr versetzt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Klärschlämme mit den organi schen Flockungsmitteln vor dem Einmischen der Zu schlagstoffe vorgenommen wird, und zwar in der Weise, dass die Klärschlämme in einem Rührbehälter innerhalb von 1 bis 3 Minuten bei Rührerdrehzahlen von 5 bis 50 min 1 mit der Flockungsmittellösung vermischt wer den. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Klärschlämme mit den organi schen Flockungsmitteln vor dem Einmischen der Zu schlagstoffe vorgenommen wird, und zwar in der Weise, dass die Klärschlämme in statischen Rohrmischern, die in ihrem Innern Wendeln besitzen, in weniger als 1 Mi nute mit der Flockungsmittellösung in Kontakt gebracht werden. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Klärschlämme mit den organischen Flockungsmitteln gleichzeitig mit dem Einmischen der Zuschlagstoffe in einem Mischer innerhalb von 1 bis 5 Minuten und bei Rührerdrehzahlen von 5 bis 50 min 1 erfolgt. 5. Verfahren nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass als organische Flockungsmittel Mischungen einge setzt werden, die aus einem Flockungsmittel mit 30 bis 40%iger kationischer Modifizierung und aus einem Flockungsmittel mit 70 bis 90%iger kationischer Modi fizierung bestehen und deren Mischungsverhältnis 1 : 3 bis 3 : 1,. bevorzugt 1 : 1, beträgt.

Inventors: LAUER, HERBERT, DR., NEUWIRTH, MANFRED, SANDER, BRUNO, DR.
Applicants: BASF AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: C02F11
IPC codes: C02F11, B01D37, B01D25