Verfahren zur Behandlung von Schlämmen oder Aschen, insbesondere von Klärschlamm oder Klärschlammaschen

Abstract

 ei einem Verfahren zur Behandlung von Schlämmen oder Aschen, die für Pflanzen schlecht verfügbare, mineralische Düngemittelkomponenten enthalten, werden die Schlämme oder Aschen in Gegenwart eines oder mehrerer Aufschlußmittel einer Hochtemperaturbehandlung zwischen etwa 600 °C und 1400 °C unterzogen. Dadurch gelingt es, die für Pflanzen schlecht verfügbaren Düngemittelkomponenten in pflanzenverfügbare umzuwandeln.
Im Hinblick auf die in Schlämmen oder Aschen enthaltenen Phosphatverbindungen, wie z.B. die Eisen-, Calcium-und Aluminiumphosphate eignen sich als Aufschlußmittel insbesondere Substanzen wie Na₂CO₃, CaO. Ca(OH)₂, MgO und MgSO₄. Beispielsweise entsteht bei Verwendung von Na₂CO₃ als Aufschlußmittel aus dem schlecht pflanzenverfügbaren Calciumphosphaten das gut pflanzenverfügbare CaNaPO,.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm oder Klärschlammaschen, der oder die für Pflanzen schlecht verfügbare mineralische Düngemittelkomponenten enthält.

[0002] Bei der Reinigung industrieller oder kommunaler Abwässer in Kläranlagen, beispielsweise der Reinigung organisch verunreinigter Abwässer nach dem Belebtschlammverfahren, fällt als ein Endprodukt ein Klärschlamm an, der in der Regel entweder verbrannt, eingedickt oder zusammen mit Hausmüll kompostiert wird. Der Wert dieser Klärschlämme als Düngemittel wird dadurch beeinträchtigt, daß die in ihm enthaltenen mineralischen Düngemittelkomponenten, insbesondere die Phosphatverbindunge, wie Eisen-, Aluminium- oder Calciumphosphate, aufgru ihrer chemischen Bindung für die Pflanzen als Düngemittel nicht voll verfügbar. sind, d. h., die Pflanzen sind nur unvollkommen in Lage, diese mineralischen Düngemittelkomponenten aufzunehmen.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches es ermöglicht, aus Klärschlamm oder Klärschlammaschen hochwertige Düngemittel zu erzeugen.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Klärschlamm oder die Klärschlammasche in Gegenwart eines oder mehrerer Aufschlußmittel einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen wird, bei der die für Pflanzen nicht verfügbaren Düngemittelkomponenten in pflanzenverfügbare umgewandelt verden.

[0005] Durch die erfindungsgemäße Behandlung des Klärschlammes oder der Klärschlammasche mit einem geeigneten Aufschlußmittel, velches mit den für die Pflanzen nicht verfügbaren Düngemittelkomponente im Zuge einer Hochtemperaturbehandlung chemisch derart reagiert. daß Substanzen entstehen, welche nunmehr für die Pflanzen als Düngemittel verfügbar sind, gelingt es, aus wenig wertvollem Klärschlamm oder Klärschlammasche einen hochwertigen Dünner zu erzeugen.

[0006] Im Hinblick auf die im Klärschlamm enthaltenen Phosphatverbindungen, wie z. B. die Eisen-, Calcium- und Aluminiumphosphate, eignen sich als Aufschlußmittel insbesondere Substanzen wie Na₂CO₃, CaO, Ca (OH)₂, Mg0 und Mg SO₄. Beispielsweise läßt sich bei der Verwendung von Na₂CO₃ als Aufschlußmittel aus den schlecht pflanzenverfügbaren Eisen-, Caicium-und Aluminiumphosphaten das entsprechende pflanzenverfügbare CaNaPO₄ gewinnen. Bei Verwendung von Mg-Salzen als Aufschlußmittel entsteht das gut pflanzenverfügbare Mg ( PO₄)₂, während bei Verwendung von Ca0 als Aufschlußmittel gut pflanzenverfügbare Calciumsilico- phosphate entstehen, da die Klärschlämme bzw. deren Aschen immer hohe Menge Si O₂ enthalten.

[0007] Der notwendige Zusatz dieser Aufschlußmittel schwankt stark in Abbängigkeit von der Zusammensetzung des Klärschlamms bzw. der Klärschlammasche und liegt in der Regel zwischen 5 und 40% bezogen auf die Mischung. Beispielsweise erhält man bei Verwendung eines Klärschlammes mit 22 % Ges.-P₂O₅ in der Asche durch Zusatz von 20 % Soda einen Aufschlußgrad von 73 %; bei einem Schlamm hingegen mit einem P₂O₅-Gehalt von 8 % in der Asche genügen bereits 5.7 % Soda für einen Aufschlußgrad von 74 %.

[0008] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sowohl Klärschlamm als auch Klärschlammasche der Hochtemperaturbehandlung in Gegenwart von Aufschlußmitteln zugeführt werden. Hierbei ist unter Klärschlammasche sowohl der bei der Klärschlammverbrennung als auch der bei der Klärschlammvergasung zur Erzeugung eines Brenngases anfallende feste Rückstand zu verstehen. Die Behandlung der Klärschlammasche kann in der Schmelze, vorzugsweise in einem sogenannten Schmelzkammerofen erfolgen, wobei der Stoffaustausch in der Schmelze höher ist als in der festen Phase, was zu einer Verkürzung der Reaktionszeiten führt.

[0009] Es hat sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad des Aufschlusses am größten ist bei Reaktionstemperaturen zwischen 600 und 1 400°C, vorzugsweise zwischen 900 und 1 200 °C.

[0010] Die Hochtemperaturbehandlung des Klärschlammes oder der Klärschlammasche kann auch in anderen Öfen, beispielsweise in Drehtrommelöfen, Drehrohröfen, Muffelöfen oder Wirbelschichtöfen, durchgeführt werden.

[0011] Als besonders wirkungsvoll erweisst sich dabei die Behandlung des Klärschlammes oder der Klärschlammasche in einem Wirbelschichtofen, in dem alle Reaktionspartner in einem stark turbulenten Bewegungszustand gehalten werden.Sowohl der Stoff- als auch der Wärmeübergang zwischen den Reaktionspartner ist somit groß, so daß bei relativ kurzen Verweilzeiten (etwa 2 - 20 sec) gefahren werden kann.

[0012] Eine weitere Verfahrensmöglichkeit besteht darin, die zu behandelnde Klärschlammasche unter Zumischung von Aufschlußmittel zu brikettieren und die Briketts zur Hochtemoerautrbehandlung mit heißen Eisenhüttenschlacken zu vermengen. Dabei dient die heiße Schlacke als Wärmelieferant für die chemische. Umsetzung im Brikett zwischen Asche und beispielsweise Soda.

[0013] Der Wärmeinhalt der Schlacke wird auf die aufzuschließenden Briketts übertragen, so daß in vorteilhafter Weise auf die Zufuhr von Fremdwärme verzichtet werden kann. Je nach dem Wärmeverlust de Schlacke, der z. B. durch Abstrahlung bedingt ist, können mittels I t Schlacke bis zu 0,7 - 0,8 t Aschebriketts auf eine Temperatur von etwa 800 °C gebracht werden.

[0014] Durch diese Verfahrensvariante lassen sich somit zwei umwelt- . relevante Abfallstoffe mit Hilfe von bisher ungenutzter und daher verlorener Wärmeenergie in hohem Maße zu nutzbaren, für die Landwirtschaft wertvollen Düngemittcln vereinigen.

[0015] Für die Zugabe des Aufschlußmittels zu dem zu behandelnden Klärschlamm bieten sich mehrere Möglichkeiten an:

Das Aufschlußmittel kann, falls es wasserunlöslich ist, bereits im Zuge der Reinigung der Abwässer zugegeben werden; es kann aber auch erst später dem bereits eingedickten bzw. ausgeflockten oder thermisch konditionierten Klärschlamm zugemischt werden , oder es wird unmittelbar in die Hochtemperaturbehandlungszone eingeführt. Bei Kläranlagen, die bereits mit einer Verbrennungsanlage für den anfallenden Klärschlamm ausgerüstet sind, erweist es sich als zweckmäßig, das Aufschlußmittel zusätzlich in die Verbrennungsunlage einzuführen und somit die Umwandlung der nicht pflanzenverfügbaren Düngemittelkomponenten in pflanzenverfügbare an Ort und Stelle durchzuführen. In diesem Falle ist der zusätzliche Investitionsaufwand zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gering.

[0016] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

- die Beispiele 1 bis 6 mit verschiedenen Aufschlußmitteln durchgeführte Versuche. Dabei ist die angegebene Zitronensäurelöslichkeit (2 %-ige Zitronensäure) der Aufschlußmasse ein Maß für die Pflanzenverfügbarkeit der gewonnenen Düngemittel,

- die Tabelle 1 das Ergebnis zweier Vegetationsversuche,

- die Figur ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer bevorzugten Verfahrensvariante zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beispiel 1 :

[0017] 85 Teile Klärschlammasche (Löslichkeit in 2 %-iger Zitronensäure 0,5 % (pH 3,4))werden mit 15 Teilen Kieserit (MgSO₄) innig vermischt und in einem Drehrohrofen bei 1200 ° C behandelt. Es resultiert eine Aufschlußmasse, die bei 21,5 % Gesamt-P₂O₅ eine relative Löslichkeit in Zitronensäure von 71 aufweist.

Beispiel 2:

[0018] 71 Teile Asche werden mit 29 Teilen CaO innig vermischt und in einem Muffelofen bei 1200 °C behandelt. Es resultiert eine Aufschlußmasse, die bei 16,1 % Ges.-P₂O₅ eine relative Löslichkeit in Zitronensäure von 87 % aufweist.

Beispiel 3:

[0019] 82 Teile Asche werden mit 18 Teilen Soda innig vermischt und in einem Drehrohrofen bei 900 °C behandelt. Es resultiert eine Aufschlußmasse, die bei 19,8 % Ges.-P₂O₅ eine relative Löslichkeit in Zitronensäure von 95 % aufweist.

Beispiel 4:

[0020] 80 Teile Asche werden mit 16 Teilen Soda und 4 Teilen Ca0 innig vermischt und bei 950 °C behandelt . Es resultiert eine Aufschlußmasse, die bei 18,9 % Ges.-P₂O₅ eine relative Löslichkeit in Zitronensäure von 92 % aufweist.

Beispiel 5:

[0021] 50 Teile Klärschlamm mit einem H₂O-Gchalt von 50 % und einem P₂O₅-Gehalt in der Trockenmasse von 7,3 % werden mit 1,8 Teilen Soda innig vermischt und bd steigender Temperatur bis 950 ^oC verbrannt. Es resultiert eine chemisch aufgeschlossene Asche, die bei 18,7 % Ges.-P₂O₅ eine relative Löslichkeit in Zitronensäure von 73 % aufrueist.

Beispiel 6:

[0022] 80 Teile Asche und 20 Teile Soda werden zu Briketts geformt und im Verhältnis 25 % Briketts + 75 % LD-Schlacke in heißer LD-Schlacke eingebettet und 2 Std. gelagert. Es resultiert eine aufgeschlossene Brikettmischung mit 19,1 % Ges.-P₂O₅ bei 100 % rel. Löslichkeit. Die gemeinsame Vermahlung von LD-Schlacke + Brikett ergab 9,2 % Ges,-P₂O₅ bei einer Löslichkeit von 78 %. Die LD-Schlacke allein zeigte 3,7 % Ges.-P₂O₅ bei einer Löslichkeit von nur 46 %.

[0023] In der Tabelle 1 ist als Beispiel für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens das Ergebnis zweier Vegetationsversuche dargestellt. Hieraus geht hervor, daß eine mit Soda aufgeschlossene Klärschlammasche die gleiche Pflanzenwirksamkeit entfaltet wie das Standarddüngemittel Thomasphosphat.

[0024] In der Figur ist eine Verfahrersvariante zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Hierbei wird Klärschlamm beliebiger Herkunft, der mineralische für Pflanzen niet verfügbare Düngemittelkomponenten, wie z. B. Eisen-, Aluminium-und Calciumphosphate enthält, über eine Leitung 1 der Anlage zugeführt und in einer Mischanlage 2 intensiv mit einem geeigneten Aufschlußmittel, wie z. B. Na₂ CO₃, oder. MgO, welches über eine Leitung 3 und eine Dosiervorrichtung 4 dem Mischbehälter 2 zugeleitet wird, vermischt, Daraufhin wird die Mischung aus Klärschlamm und Aufschlußmittel mittels einer Förderschnecke 5 in einen Wirbelschichtofen 6 gefördert und dort bei einer Temperatur von etwa 900 °C verbrannt. Die Verbrennungsluft wird dem Wirbelschichtofen 6 über eine Leitung 7 und einen Vorerhitzer 8 und der erforderliche Brennstoff, z. B. Gas oder Öl, über eine Leitung 9 zugeleitet.

[0025] Druch die Zugabe der genannten Aufschlußmittel zu dem Klärschlamm findet im Zuge der Verbrennung des Schlammes gleichzeitig eine chemische Umwandlung der im Klärschlamm enthaltenen, nicht pflanzenverfügbaren Pohsphatverbindungen in Phosphatverbindungen statt, die nunmehr für die Pflanzen verfügbar sind und. sich somit im besonderen Maße als Düngemittel eignen.

[0026] Die im Wirbelbettofen 6 anfallenden Reaktionsprodukte wie Abgas, Sand und Asche, welche die aufgeschlossenen mineralischen Düngemittelkomponenten enthält, werden über eine Leitung 10 abgezogen, in einem Wärmeaustauscher 11 oder durch Luftzumischung abgekühlt und dann in einemZyklonabscheider 12 einer Grobzerlegung unterzogen. Die hierbei abgetrennten Feststoffe, im wesentlichen Sand und Asche, werden über eine Leitung 13 aus dem Zyklon abgeleitet, während das noch geringfügig verunreinigt Abgas über eine Leitung 14 einem Filter 13 zugeführt und in dies einer Feinreinigung unterzogen wird. Das gereinigte Abgas verläßt das Filter über eine Leitung 16, während die im Filter abgetrennte Feinasche über eine Leitung 17 abgezogen wird.

[0027] Die im Zyklon 12 sowie im Filter 15 anfallenden Aschen können infolge der erfindungsgemäß durchgeführten Umwandlung der nichtpflanzen verfügbaren Düngemittelkomponenten in pflanzenverfügbar nach entsprechender Aufmahlung als hochwertige Düngemittel weiterverwendet werden.

[0028] 

Ansprüche

Verfahren zur Behandlung von Schlämmen oder Aschen, insbesondere von Klärschlamm oder Klärschlammasche, der oder die für Pflanzen schlecht verfügbare, mineralische Düngemittelkomponenten enthält, dadurch gekennzeichnet, daß Schlämme oder Aschen, insbesondere der Klärschlamm oder die Klärschlammasche in Gegenwart eines oder mehrerer Aufschlußmittel einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen wird, bei der die für Pflanzen schlecht verfügbaren Dürgemittelkomponenten in pflanzenverfügbare umgewandelt werden.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klärschlammasche geschmolzen wird und die Behandlung mit dem Aufschlußmittel in der Schmelze erfolgt.

3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtemperaturbehandlung bei Temperaturen zwischen 600 und 1.400 °C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 900 und 1.200 °C, durchgeführt wird.

4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlußmittel dem Klärschlamm oder der Klärschlammasche bereits vor der Hochtemperaturbehandlung zugemischt werden.

5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlußmittel dem Klärschlamm oder der Klärschlammasche während der Hochtemperaturbehandlung zugeführt werden.

6.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtemperaturbehandlung des Klärschlamms oder der Klärschlammasche in einem Wirbelschichtofen erfolgt.

7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtemperaturbehandlung des Klärschlamms oder der Klärschlammasche in einem Drehtrommel- oder Etagenofen erfolgt. -

8.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dsdurch gekennzeichnet, daß die Hochtemperaturbehandlung des Klärschlamms oder der Klärschlammasche in einam Schmelzkammerofen erfolgt.

_9.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klärschlammasche uno das Aufschlußmittel brikettiert und die Briketts der Hochtemperaturbehandlung durch Einmischen in heiße Eisenhüttenschlacken ausgesetzt werden.

Zeichnung