Verfahren zur kontinuierlichen Klärschlammtrocknung

Abstract

 Bei dem Verfahren zur thermischen Trocknung von Klarschlämmen wird ein vorher mechanisch auf 15 Gew.-% bis 30 Gew.-% entwässerter Klärschlamm in einem einzigen Durchlauf ohne Teilrückführung von getrocknetem Gut kontinuierlich durch einen selbstreinigenden Paddelschneckentrockner (11) mit gegensinnig rotierenden Wellen (2, 3) bei einer Drehzahl von 100 min⁻¹ bis 600 min⁻¹ gefördert. Die Wellen (2, 3) des Trockners sind derart mit Paddelelementen (7) bestückt, daß in axialer Richtung ein Mahlspalt von 1 mm bis 10 mm gebildet wird, indem der Klärschlamm zerrissen und die Kapillarzellen aufgebrochen werden. Außerdem wird die Trocknerleistung und die Verweilzeit im Paddelschneckentrockner (11) bei einer Heizmitteltemperatur von 200°C bis 300°C so eingestellt, daß der Klärschlamm zu einem rieselfähigen Granulat mit mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mit 80 Gew.-% bis 95 Gew.-%, Trockensubstanz aufkonzentriert wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Trocknung von Klärschlämmen unter Verwendung eines Trockners mit rotierenden Einbauten. In der Literatur wird eine große Anzahl von Vorrichtungen und Verfahren für die Klärschlammtrocknung beschrieben. Eine Übersicht findet sich z.B. in dem Artikel von Prof. U. Möller, Abwassertechnik, Heft 1, Seiten 12-18, 1991. Kontinuierliche Verfahren werden vorwiegend in Drehrohrtrocknern, Schneckenmaschinen, Scheibentrocknern oder Dünnschichttrocknern durchgeführt. Während der Trocknung durchläuft der Klärschlamm im Bereich von 40 bis 60 Gew.-% Feststoff eine klebrig viskose Phase, die auch als Leimphase bezeichnet wird. In dieser Leimphase neigt das Produkt zu Anbackungen und Klumpenbildung, so daß die Trocknung erschwert wird und kritische Betriebszustände auftreten können. Aus diesem Grund wird üblicherweise ein Teil des getrockneten Feststoffes am Ende des Trockners abgezweigt, zurückgeführt und mit der ankommenden Klärschlammpaste vermischt, so daß der Feststoffgehalt im Trocknungsapparat immer oberhalb der kritischen Zusammensetzung der Leimphase liegt. Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Wasserverdampfung im Klärschlamm aufgrund der geschlossenen Zellen der Biomasse behindert wird. Zur Entfernung des gebundenen Wassers müssen daher die Zellen erst aufgebrochen werden.

[0002] Ausgehend von dieser Problemstellung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren zur thermischen Klärschlammtrocknung zu entwickeln, das ohne Verschlechterung der Energiebilanz eine Reduzierung des apparativen Aufwandes zuläßt (niedrigere Investitionskosten).

[0003] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mechanisch auf 15 bis 30 Gew.-% entwässerter Klärschlamm in einem einzigen Durchlauf kontinuierlich durch einen selbstreinigenden Paddelschneckentrockner mit gegensinnig rotierenden Wellen bei einer Drehzahl von 100 bis 600 min⁻¹ gefördert wird, bei dem die Wellen derart mit Paddelelementen mit einem Anstellwinkel von 5° bis 20° bestückt sind, daß in axialer Richtung ein Mahlspalt von 1 bis 10 mm gebildet wird, in dem der Klärschlamm zerrissen und die Kapillarzellen aufgebrochen werden, und daß die Trocknerleistung und die Verweilzeit im Paddelschneckentrockner bei einer Heizmitteltemperatur von 200 bis 300°C so eingestellt werden, daß der Klärschlamm zu einem rieselfähigen Granulat mit mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise 80 bis 95 Gew.-%, Trockensubstanz aufkonzentriert wird.

[0004] Vorzugsweise wird die Drehzahl auf einen Wert im Bereich von 300 bis 400 min⁻¹ eingestellt.

[0005] Zur Erhöhung der Trockenleistung mittels konvektiver Trocknung kann dem Paddelschneckentrockner zusätzlich ein beheiztes Inertgas oder Heißdampf zugeführt werden.

[0006] Weiterhin kann die Trocknung in bekannter Weise dadurch verbessert werden, daß im Paddelschneckentrockner ein Vakuum von 50 bis 500 mbar aufrechterhalten wird. Das Vakuum hat auch den Vorteil, daß die Zellstrukturen der Biomasse leichter aufbrechen und das gebundene Wasser besser verdampfen kann.

[0007] Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein auf 15 bis 20 Gew.-% entwässerter Klärschlamm zuerst in einem gewendelten Strömungsrohr bei gleichzeitiger Einspeisung von heißem Inertgas oder -dampf auf 25 bis 30 Gew.-% aufkonzentriert wird und der aufkonzentrierte Klärschlamm anschließend im nachgeschalteten Paddelschneckentrockner auf die gewünschte Endkonzentration gebracht wird.

[0008] Mit der Erfindung werden folgende Vorteile gegenüber den konventionellen Klärschlammtrocknungsverfahren erzielt:

• Es handelt sich um ein reines kontinuierliches Durchlaufverfahren. Eine Rückführung von getrocknetem Feststoff zur Verbesserung der Rieselfähigkeit und zur Vermeidung der kritischen Leimphase ist nicht erforderlich.
• Die Paddelschnecke granuliert die Klärschlammklumpen. Schaumbildung und Anbackungen werden vermieden.
• Aufgrund der hohen mechanischen Beanspruchung in den relativ schmalen Scherspalten (Zerreißen und Mahlen) im vorderen Teil der Paddelschnecke und durch die Verwirbelung im offenen Kanal der Paddelschnecke wird ein sehr guter Wärmeübergang zwischen dem Heizmantel der Paddelschnecke und dem noch in der Leimphase befindlichen Klärschlamm erreicht. Im Mahlspalt werden auch die Kapillarzellen im Klärschlamm zerstört bzw. aufgebrochen und damit die Wasserverdampfung weiter verbessert.
• Das Verfahren kann mit Hilfe verschiedener Verfahrensparameter, z.B. Vakuum, Inertgas/Heißdampf, an verschiedenartige Aufgaben angepaßt werden (flexible Handhabung).
• Die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Apparaturen sind relativ preiswert, so daß nur relativ niedrige Investitionskosten anfallen.

[0009] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

einen Längsschnitt durch einen zweiwelligen Paddelschneckentrockner,

Fig. 2

einen Querschnitt durch den Paddelschneckentrockner gemäß Fig. 1 und

Fig. 3

ein Verfahrensschema, bei dem dem Paddelschneckentrockner ein gewendeltes Strömungsrohr zur Vorkonzentrierung vorgeschaltet ist.

[0010] Gemäß den Fig. 1 und 2 besteht der Paddelschneckentrockner aus einem Gehäuse 1, in dem zwei gegensinnig rotierende Wellen 2 und 3 gelagert sind. Der Paddelschneckentrockner steht auf einem Sockel 4 und wird über ein Getriebe 5 von einem Motor 6 angetrieben. An den Wellen 2 und 3 sind über den Umfang und die Länge gleichmäßig verteilt, senkrecht zur Achse Paddeln 7 so dicht hintereinander angeordnet, daß dazwischen nur ein enger Mahlspalt s von wenigen Millimetern (1 bis 10 mm) verbleibt. Die Paddelflächen sind dabei nicht parallel zu der zur Achse senkrechten Ebene (normalen Ebene) orientiert, sondern sind ähnlich wie Ventilatorflügel mit einem Anstellwinkel von 5° bis 20° aus der normalen Ebene herausgeschwenkt. Dadurch wird erreicht, daß die Paddelschnecke selbstfördernd ist. Die Paddel 7 schaben die Innenfläche des Gehäuses 1 und auch sich selbst gegenseitig ab, so daß Anbackungen von Produkt vermieden werden. Der Paddelschneckentrockner ist mit einem Heizmantel versehen (nicht gezeigt), der mit einem Temperiermedium beschickt wird.

[0011] Vor der Behandlung im Paddelschneckentrockner wird der Klärschlamm mit Hilfe mechanischer Methoden, z.B. mit einer Filterpresse, auf 15 bis 30 Gew.-% Feststoff entwässert. Der entwässerte Klärschlamm wird dem Paddelschneckentrockner durch den Eintragsstutzen 8 zugeführt. Der eintretende Klärschlamm wird von den Paddeln 7 zerrissen, im Paddelschneckenkanal herumgewirbelt und zum Kanalausgang weiter gefördert. Über den Heizmantel wird gleichzeitig die zur Verdampfung des Wassers erforderliche Wärme zugeführt. Während des Durchlaufens der kritischen Leimphase schaben die Paddeln 7 das klebrige Produkt laufend von den Wänden ab und reinigen sich gegenseitig. Im Mahlspalt s zwischen den Paddeln werden die Klärschlammfladen einer hohen Scherbeanspruchung unterzogen und dabei zermahlen. Es wurde gefunden, daß dieser Mahleffekt erst bei relativ hohen Drehzahlen von 100 bis 600 min⁻¹ wirksam wird. Eine weitere Verbesserung der Leistungsfähigkeit kann erreicht werden, wenn man in der zweiten Hälfte der Paddelschnecke Stauscheiben anbringt oder die Paddeln einen negativen Anstellwinkel erhalten. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Granulierung des Klärschlammes schon in der ersten Hälfte der Paddelschnecke erfolgt. Bedingt durch die hohe Drehzahl und die Förderwirkung der Paddeln bewegt sich das Granulat dann schnell durch die zweite Hälfte des Apparates und hat nicht genügend Verweilzeit, bis auf den geforderten Wert abzutrocknen. Der Füllgrad der Schnecke geht in diesem Abschnitt gegen Null. Mit obengenannten Maßnahmen wird diesem Effekt entgegengesteuert. Statt dieser Maßnahmen kann auch eine zweite Paddelschnecke mit anderer Drehzahl und anderer Neigung dahintergeschaltet werden, wobei die erste Schnecke die Vortrocknung (bis 50 Gew.-% Trockengut) und Granulierung, die zweite Schnecke die Nachtrocknung übernimmt. Als Nachtrockner kommt statt einer Paddelschnecke auch ein Fließbettrockner in Frage, der eine große Wärmeübergangsfläche besitzt.

[0012] Vorzugsweise wird der Paddelschneckentrockner mit einer Drehzahl im Bereich von 300 bis 400 min⁻¹ betrieben. Die hohe Drehzähl sorgt auch dafür, daß das klebrige Produkt immer wieder von den Paddeln 7 mitgenommen wird und über den gesamten Kanalumfang an die beheizten Wände geschleudert wird, wodurch die Wärmeeintragung und damit die Trocknung verbessert wird. Der Mahleffekt bewirkt zusätzlich ein Aufbrechen der Klärschlammzellenstruktur, so daß auch das Kapillarwasser aus dem Klärschlamm entfernt werden kann. Am Ende des Kanals erhält man ein festes Granulat, das über den Stutzen 9 ausgetragen wird. Die entstehenden Brüden werden über den Stutzen 10 abgeführt.

[0013] Zusätzlich kann von einer konvektiven Trocknung Gebrauch gemacht werden. Zu diesem Zweck wird dem Eintragstutzen 8 ein beheiztes Inertgas oder Heißdampf zugeführt, das den Trockner ebenfalls durch den Brüdenstutzen 10 wieder verläßt.

[0014] Das Verfahren kann auch bei vermindertem Druck (Vakuum) durchgeführt werden, was zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades führt. Dabei wurde auch beobachtet, daß das Aufbrechen der Zellen im Klärschlamm erleichtert wird, was ebenfalls zur Erhöhung der Verdampfungsgeschwindigkeit beiträgt. Unter diesen Bedingungen kann auf die Zuspeisung von heißem Inertgas oder Heißdampf (konvektive Trocknung) verzichtet werden, was zu einer deutlichen Verbesserung der Energiebilanz führt. Ein Vakuum im Bereich von 50 bis 500 mbar wird mit Hilfe einer handelsüblichen, an den Paddelschneckentrockner angeschlossenen Vakuumpumpe erzeugt.

[0015] Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die anhand von Fig. 3 beschrieben wird, wird ein auf 15 bis 20 Gew.-% mechanisch entwässerter Klärschlamm in einem dem Schneckentrockner 11 vorgeschalteten, gewendelten Strömungsrohr 12 thermisch auf 25 bis 30 Gew.-% aufkonzentriert. Dieser vorkonzentrierte Klärschlamm wird dann in den Paddelschneckentrockner 11 eingespeist und wie oben beschrieben zu dem fertigen Klärschlammgranulat mit einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 50 Gew.-% getrocknet. Der Heizmantel 13 des Paddelschneckentrockners 11 ist mit Zu- und Abführungen 14, 15 für die Heizflüssigkeit versehen. Das gewendelte Strömungsrohr 12 weist ebenfalls einen Heizmantel mit Zuführungen und Abführungen 16, 17 auf. Der mechanisch entwässerte Klärschlamm wird mittels einer Monopumpe 18 in das beheizte Strömungsrohr 12 gefördert Gleichzeitig wird über die Zuführung 19 ein heißes Inertgas oder Heißdampf in das Strömungsrohr 12 eingespeist, so daß sich darin eine Ringströmung ausbildet. Die Wirkung des Inertgases bzw. des Heißdampfes besteht darin, den pastösen Klärschlamm durch das Strömungsrohr 12 zu treiben, die Wärmeeintragung über die Wand und über die Konvektion zu verbessern und das für die Ausdampfung wichtige Partialdruckgefälle zu erhöhen.

[0016] Der erhitzte, aufkonzentrierte aber immer noch pastöse Klärschlamm gelangt anschließend zusammen mit dem Inertgas in den Paddelschneckentrockner 11, in dem die Endtrocknung erfolgt. Die entstandenen Brüden und das Inertgas bzw. der Heißdampf werden durch die Brüdenaustragsleitung 10 einem Kondensator 20 zugeführt, in dem die kondensierbaren Teile niedergeschlagen werden. Das Kondensat wird im nachgeschalteten Abscheider 21 von der gasförmigen Phase abgetrennt und über die Ventile 22, 23 entnommen. Die gasförmigen Anteile werden über die Leitung 24 abgesaugt. Das Klärschlammgranulat mit dem gewünschten Trockensubstanzgehalt wird, wie zuvor beschrieben, am Austragsstutzen 9 des Paddelschneckentrockners 11 entnommen.

Ansprüche

1. Verfahren zur thermischen Trocknung von Klärschlämmen, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorher mechanisch auf 15 bis 30 Gew.-% entwässerter Klärschlamm in einem einzigen Durchlauf ohne Teilrückführung von getrocknetem Gut kontinuierlich durch einen selbstreinigenden Paddelschneckentrockner (11) mit gegensinnig rotierenden Wellen (2, 3) bei einer Drehzahl von 100 bis 600 min⁻¹ gefördert wird, bei dem die Wellen (2, 3) derart mit Paddelelementen (7) bestückt sind, daß in axialer Richtung ein Mahlspalt s von 1 bis 10 mm gebildet wird, in dem der Klärschlamm zerrissen und die Kapillarzellen aufgebrochen werden, und daß die Trocknerleistung und die Verweilzeit im Paddelschneckentrockner (11) bei einer Heizmitteltemperatur von 200 bis 300°C so eingestellt werden, daß der Klärschlamm zu einem rieselfähigen Granulat mit mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mit 80 bis 95 Gew.-%, Trockensubstanz aufkonzentriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl in einem Bereich von 300 bis 400 min⁻¹ eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein beheiztes Inertgas oder Heißdampf in den Paddelschneckentrockner (11) eingespeist wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Paddelschneckentrockner (11) ein Vakuum von 50 bis 500 mbar aufrechterhalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf 15 bis 20 Gew.-% entwässerter Klärschlamm zuerst in einem gewendelten Strömungsrohr (12) bei gleichzeitiger Einspeisung (19) von heißem Inertgas oder -dampf auf 25 bis 30 Gew.-% aufkonzentriert und der aufkonzentrierte Klärschlamm anschließend in den nachgeschalteten Paddelschneckentrockner (11) überführt wird.

Zeichnung